Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem und die

Verwendung desselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen

Patentansprüche.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen bekannt. Beispielsweise wird in der DE102011002659A1 eine Lithium-Ionen-Batteriezelle offenbart, bei der ein Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Kurzschlusses zur Entladung der Lithium- Ionen- Batteriezelle vorgesehen ist.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem, insbesondere einem Lithium- Ionen- Batteriesystem, mit mindestens einem Terminal zur elektrischen

Kontaktierung des Batteriesystems mit einem anderen System und mit mindestens einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eines Batteriesystems, wobei der Aktor zur Entladung des Batteriesystems durch Herstellen eines elektrischen Kontaktes zwischen dem wenigstens einen

Terminal und einem Gehäuse des Batteriesystems mittels eines

Kontaktierungselementes geeignet ist. Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem sowie dessen Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Aktor in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung eingefügt ist.

Der Umstand, dass der Aktor in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung eingefügt ist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, ein

Batteriesystem und/oder Personen oder Gegenstände, die sich in der Umgebung des Batteriesystems befinden, vor möglichen Auswirkungen, die durch ein schadhaftes Batteriesystem verursacht werden können, zu schützen.

Die Einfügung des Aktors in das mindestens eine Terminal zur elektrischen Kontaktierung führt zudem zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, das

Batteriesystem in seiner gegebenen Form weitestgehend belassen zu können. Darüber hinaus erweist sich die Einfügung des Aktors in das mindestens eine

Terminal als platzsparend.

Hintergrund der Erfindung ist, dass im Fall eines Schadens des Batteriesystems, das Batteriesystem elektrisch entladen und somit in einen möglichst

spannungsfreien und auf Grund der Spannungsfreiheit sicheren Zustand überführt werden soll.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind

Gegenstand der Unteransprüche.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor hochohmig ausgelegt und weist insbesondere einen elektrischen

Widerstand in einem Bereich von mindestens 1 kQ bis 10 kQ auf. Die Tatsache, dass der Aktor hochohmig ausgelegt ist und insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von 1 kQ bis 10 kQ aufweist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass das Kontaktierungselement bei hohen Stromstärken, beispielsweise 1000 A bis 20000 A, zuverlässig betrieben werden kann. Dadurch ist beispielsweise ein Schalten eines hohen Entladestromes möglich; ein beispielhafter hoher Entladestrom liegt bei 1000 A bis 20000 A. Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement niederohmig ausgelegt und weist insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von höchstens 50 μΩ bis 150 μΩ auf.

Die Tatsache, dass das Kontaktierungselement niederohmig ausgelegt ist und insbesondere einen elektrischen Widerstand in einem Bereich von 50 μΩ bis 150 μΩ aufweist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass das

Kontaktierungselement bei hohen Stromstärken, beispielsweise 1000 A bis 20000 A, zuverlässig betrieben werden kann. Dadurch ist beispielsweise ein Schalten eines hohen Entladestromes möglich; ein beispielhafter hoher

Entladestrom liegt bei 1000 A bis 20000 A.

Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Aktor um eine Spule.

Die Verwendung einer Spule als Aktor führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, die Herstellung des elektrischen Kontaktes kontrolliert und unter einem geringen Aufwand, insbesondere unter einem geringen Kontrollaufwand oder einem geringen Steueraufwand vornehmen zu können.

Entsprechend einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Steuerung durch eine Steuereinheit, vorzugsweise einer

Leiterplatte, insbesondere durch eine Leiterkarte oder durch eine Platine oder durch eine gedruckte Schaltung, in Abhängigkeit mindestens einer

Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand des Batteriesystems darstellt, geeignet.

Durch die vorzugsweise Ausführungsform, dass die Steuerung des Aktors in Abhängigkeit mindestens einer Zustandsgröße, wobei die Zustandsgröße einen Hinweis auf einen irregulären und/oder unsicheren Zustand des Batteriesystems darstellt, durch eine Steuereinheit geschieht, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil einer zuverlässigen Steuerung die bedarfsabhängig, also in Abhängigkeit des Zustands des Batteriesystems, vorgenommen werden kann. Der Zustand des Batteriesystems kann anhand der Zustandsgröße durch die Steuereinheit bestimmt werden

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Bewegung des Kontaktierungselements geeignet, wobei das

Kontaktierungselement zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen dem mindestens einen Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems geeignet und innerhalb des mindestens einen Terminals angebracht ist.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aktor zur Bewegung des Kontaktierungselements geeignet, wobei das

Kontaktierungselement zur Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen dem mindestens einen Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems geeignet und außerhalb des mindestens einen Terminals angebracht ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Aktor und das Kontaktierungselement über eine starre Achse miteinander verbunden.

Die Verbindung des Aktors und des Kontaktierungselementes über eine starre Achse führt zu einer kontrollierten Bedienung des Kontaktierungselementes durch den Aktor.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement zur Einnahme von mindestens zwei Positionen geeignet, wobei es sich bei den Positionen um

eine erste Position handelt, in der das Kontaktierungselement so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems nicht miteinander elektrisch leitend verbindet,

und um eine zweite Position handelt, in der das Kontaktierungselement das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems elektrisch leitend miteinander verbindet,

und das Kontaktierungselement in der ersten Position mittels eines elastischen Körpers, insbesondere eines elastischen Blattes oder einer elastischen Spirale, in Richtung der zweiten Position vorgespannt ist. Durch die Vorspannung des Kontaktierungselementes mittels eines elastischen Körpers kann die Herstellung des elektrischen Kontaktes aufwandsgering und zugleich zuverlässig sichergestellt werden. Die beschriebene Ausführungsform ist zudem leicht hinsichtlich ihrer Einsatztauglichkeit zu prüfen.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktierungselement zur Einnahme von mindestens zwei Positionen geeignet, wobei es sich bei den Positionen um

eine erste Position handelt, in der das Kontaktierungselement so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems nicht miteinander elektrisch leitend verbindet und das Kontaktierungselement mittels eines Stiftes, zu dessen Entfernung der Aktor geeignet ist, ortsfest positioniert ist,

und um eine zweite Position handelt, in der das Kontaktierungselement das mindestens eine Terminal und das Gehäuse des Batteriesystems elektrisch leitend miteinander verbindet.

Die Verwendung eines Stiftes zur Befestigung des Kontaktierungselementes auf der ersten Position verhindert ein unerwünschtes Herstellen des elektrischen Kontaktes zwischen dem mindestens eine Terminal und dem Gehäuse des Batteriesystems. Die beschriebene Ausführungsform ist zudem leicht hinsichtlich ihrer Einsatztauglichkeit zu prüfen.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Zustandsgröße des Batteriesystems um einen

Ladezustand des Batteriesystems, um eine zwischen zwei Polen des

Batteriesystems anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des

Batteriesystems fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems.

Der Umstand, dass es sich bei der Zustandsgröße um einen Ladezustand des Batteriesystems, um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems handelt, führt zu einer Erhöhung der Einsatztauglichkeit und Zuverlässigkeit von Steuereinheit und Aktor, da die genannten Größen zuverlässig und hinreichend auf einen Schaden des Batteriesystems hindeuten können.

Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung wird das Batteriesystem in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet.

Kurze Beschreibung der Figuren

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Batteriesystems mit einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Batteriesystems mit einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Batteriesystems mit einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer dritten Ausführungsform. In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, insbesondere ein Lithium- Ionen- Batteriesystem, mit mindestens einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch dargestellt. Mit B wird das Batteriesystem bezeichnet. Mit G wird ein

Gehäuse des Batteriesystems B und mit T mindestens ein Terminal, geeignet zur Herstellung eines elektrischen Kontakts des Batteriesystems B mit einem

anderen System, bezeichnet. Mit I werden Isolatoren bezeichnet, die zwischen dem mindestens einen Terminal T und dem Gehäuse G des Batteriesystems B angebracht sind. Die Isolatoren I stellen sicher, dass es zu keinem

unerwünschten elektrischen Kontakt zwischen dem mindestens einen Terminal T und dem Gehäuse G des Batteriesystems B kommen kann.

Mit PCB wird eine Steuereinheit bezeichnet. Die Steuereinheit PCB ist geeignet, in Abhängigkeit einer Zustandsgröße einen mit A bezeichneten Aktor anzusteuern. Bei der Zustandsgröße kann es sich um einen Ladezustand des Batteriesystems B, um eine zwischen zwei Polen des Batteriesystems B anliegende Spannung, um einen in einer Leitung des Batteriesystems B fließenden Strom, um einen Druck innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems B und/oder um eine Temperatur innerhalb oder außerhalb des Batteriesystems B handeln. Die Steuereinheit PCB kann zudem mit einem nicht dargestellten Batteriemanagementsystem verbunden und über einen Zustand einer nicht dargestellten Vorrichtung, in der das Batteriesystem B verwendet wird, informiert werden. Beispielsweise können, wenn das Batteriesystem B in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, Informationen über das Fahrzeug, beispielswiese über einen möglichen Unfall des Fahrzeugs, von dem nicht dargestellten Batteriemanagementsystem an die Steuereinheit PCB

weitergegeben werden. Auf Grundlage dieser Informationen kann die Steuereinheit PCB den Aktor A ansteuern und das Batteriesystem B somit entladen. Bei dem Aktor A kann es sich insbesondere um eine Spule handeln. Der Aktor A ist innerhalb des mindestens einen Terminals T angeordnet.

Mit ST wird eine starre Achse bezeichnet, über die der Aktor A mit einem mit KE bezeichneten Kontaktierungselement mechanisch verbunden ist. Die starre Achse ST dient der kontrollierten Bedienung und Führung des

Kontaktierungselementes KE durch den Aktor A.

Mit KS wird ein Kontaktspalt zwischen dem Kontaktierungselement KE und einem ersten Abschnitt AI des Gehäuses G des Batteriesystems B und einem zweiten Abschnitt A2 des mindestens einen Terminals T bezeichnet.

Für den Fall, dass die Zustandsgröße, in deren Abhängigkeit der Aktor A mittels der Steuereinheit PCB angesteuert wird, einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, wird das Kontaktierungselement KE mittels des Aktors A bedient und über die starre Achse ST in eine Richtung R des Aktors A bewegt. Dabei überwindet das Kontaktierungselement KE den Kontaktspalt KS räumlich und verbindet das Gehäuse G und das mindestens eine Terminal T elektrisch leitend miteinander. Dadurch, dass das Gehäuse G und das mindestens eine Terminal T durch das Kontaktierungselement KE elektrisch leitend miteinander verbunden sind, kann das Batteriesystem B über das

Gehäuse G entladen werden.

Mit DL wird eine Dichtleiste bezeichnet. Die Dichtleiste DL dient dem Schutz des Kontaktierungselements KE, des Aktors A und der Steuereinheit PCB.

Insbesondere verhindert die Dichtleiste DL weitestgehend das Eindringen elektrisch leitfähiger Substanzen in den Bereich des ersten Abschnitts AI und des zweiten Abschnitts A2 die zur Herstellung einer unerwünschten elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt AI und dem zweiten Abschnitt A2 führen könnten.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der ersten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, insbesondere ein Lithium-

Ionen- Batteriesystem, mit mindestens einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt. Im Unterschied zur in Figur 1 schematisch dargestellten ersten Ausführungsform ist das Kontaktierungselement KE in Form eines Zylinders mit verjüngtem Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt. Der Umstand, dass das Kontaktierungselement KE in Form eines Zylinders mit verjüngtem Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt ist, führt zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass das Kontaktierungselement KE über eine größere Fläche des Kontaktierungselementes selbst, als im Fall einer reinen Zylinderform des Kontaktierungselementes mit dem ersten Abschnitt AI und dem zweiten Abschnitt A2 in Berührung treten kann: Je größer diese Fläche des Kontaktierungselementes ist, desto größer sind die elektrischen Ströme die über das Kontaktierungselement KE geleitet werden können. Ferner führt der Umstand, dass das Kontaktierungselement KE in Form eines Zylinders mit verjüngtem Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt ist, zu dem erfindungsgemäßen Vorteil, dass oberflächliche Unebenheiten des

Kontaktierungselements KE oder des ersten Abschnitts AI oder des zweiten Abschnitts A2 Fremdkörper und Fremdkörper, beispielsweise Verunreinigungen, auf dem Kontaktierungselement KE oder dem ersten Abschnitt AI oder dem zweien Abschnitt A2, auf Grund der größeren Fläche des

Kontaktierungselementes KE ausgeglichen werden können.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der zweiten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.

In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, insbesondere ein Lithium- Ionen- Batteriesystem, mit mindestens einem Aktor zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch dargestellt. Im Unterschied zu der in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsform ist das Kontaktierungselement KE wie in Figur 2 in Form eines Zylinders mit verjüngtem Ende in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt. Darüber hinaus ist das Kontaktierungselement KE innerhalb des mindestens einen Terminals T angeordnet. Das Kontaktierungselement KE kann mindestens zwei Positionen einnehmen, wobei eine erste Position mit PI und eine zweite Position mit P2 bezeichnet werden. Befindet sich das

Kontaktierungselement KE auf der ersten Position PI, so sind das mindestens eine Terminal T und das Gehäuse G nicht über das Kontaktierungselement KE elektrisch leitend miteinander verbunden. Befindet sich das

Kontaktierungselement KE hingegen auf der zweiten Position P2, so verbindet das Kontaktierungselement KE das mindestens eine Terminal T und das

Gehäuse G elektrisch leitend miteinander.

Um das Kontaktierungselement KE von der ersten Position PI in Richtung R' der zweiten Position P2 zu bewegen und/oder um das Kontaktierungselement KE auf der Position P2 zu befestigen, ist das Kontaktierungselement KE auf ersten Position PI in Richtung R' der zweiten Position P2 mittels eines elastischen Körpers EK vorgespannt beziehungsweise versehen.

Um ein unerwünschtes Bewegen des Kontaktierungselementes KE von der ersten Position PI in die Richtung R' der zweiten Position P2 zu vermeiden, wird das Kontaktierungselement KE mittels eines Stiftes S auf der ersten Position PI befestigt. Für den Fall, dass die in der Beschreibung zu Figur 1 genannte

Zustandsgröße, in deren Abhängigkeit der Aktor A mittels der Steuereinheit PCB angesteuert wird, einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, wird der Stift S mittels der Aktorik A bewegt und das Kontaktierungselement KE gelöst. Durch die Lösung des Kontaktierungselementes KE von dem Stift S entspannt sich der elastische Körper EK und bewegt das Kontaktierungselement KE in Richtung R' der zweiten Position P2.

Ferner ist die Steuereinheit PCB gemäß dieser Ausführungsform innerhalb des mindestens einen Terminals T angeordnet.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem B gemäß der dritten Ausführungsform kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.