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DE102012208470A1 - Device and method for disconnecting and / or bridging connections for a battery cell - Google Patents

Device and method for disconnecting and / or bridging connections for a battery cell Download PDF

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DE102012208470A1
DE102012208470A1 DE102012208470A DE102012208470A DE102012208470A1 DE 102012208470 A1 DE102012208470 A1 DE 102012208470A1 DE 102012208470 A DE102012208470 A DE 102012208470A DE 102012208470 A DE102012208470 A DE 102012208470A DE 102012208470 A1 DE102012208470 A1 DE 102012208470A1
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German (de)
Inventor
Fabian Henrici
Jens Schneider
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen (110, 120, 250) für eine Batteriezelle (300), wobei die Vorrichtung (100) einen ersten Elektrodenanschluss (110) aufweist, wobei der erste Elektrodenanschluss (110) über die Vorrichtung (100) mit einem ersten Anschluss (120) verbindbar ist. Die Vorrichtung (100) umfasst ein Schaltelement (130), wobei das Schaltelement (130) ausgebildet ist, in einem primären Schaltzustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) herzustellen und in einem anderen Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) zu unterbrechen. Ferner umfasst die Vorrichtung (100) einen zerstörbaren Körper (140), wobei der zerstörbare Körper (140) eine nicht-lineare Kennlinie aufweist, wobei die Kennlinie einen Zusammenhang zwischen einer physikalischen Größe und der Festigkeit des zerstörbaren Körpers (140) repräsentiert, wobei der zerstörbare Körper (140) ausgebildet ist, in einem intakten Zustand das Schaltelement (130) im primären Schaltzustand zu halten und in einem zerstörten Zustand ein Umschalten des Schaltelements (130) in den anderen Schaltzustand zu bewirken.The invention relates to a device (100) for disconnecting and / or bridging connections (110, 120, 250) for a battery cell (300), wherein the device (100) has a first electrode connection (110), wherein the first electrode connection (110 ) is connectable to a first port (120) via the device (100). The device (100) comprises a switching element (130), wherein the switching element (130) is designed to establish an electrical connection between the first electrode terminal (110) and the first terminal (120) in a primary switching state and in another switching state the electrical Interrupt connection between the first electrode terminal (110) and the first terminal (120). Further, the apparatus (100) comprises a destructible body (140), the destructible body (140) having a non-linear characteristic, the characteristic representing a relationship between a physical quantity and the strength of the destructible body (140) destructible body (140) is designed to keep the switching element (130) in the primary switching state in an intact state and to effect a switching of the switching element (130) in the other switching state in a destroyed state.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle.The present invention relates to a device for uncoupling and / or bridging connections for a battery cell.

Eine Batteriezelle wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sollte nicht über das erlaubte Maximum hinaus weiter geladen werden. Um dies zu verhindern, werden die Anschlüsse der Zelle entweder abgetrennt (Schütz) oder überbrückt. Ebenso kann die Überbrückung einer geschädigten bzw. sensorisch messbar leistungsschwachen Zelle sinnvoll sein, um die Gesamtleistung der Batterie zu steigern. Stand der Technik sind passive mechanische Bauelemente, welche z. B. durch einen Überdruck in der Zelle (irreversibel) verformt und dadurch ausgelöst werden. Übliche Bezeichnungen sind z. B. englischsprachige Begriffe wie „overcharge protection circuit", „overcharge safety device" (OSD) oder „current interrupt device" (CID). Im Folgenden wird der Begriff OSD stellvertretend für alle Ausführungsformen dieser Schutzeinrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet.A battery cell such as a lithium-ion battery should not be charged beyond the maximum allowed. To prevent this, the cell's connections are either disconnected (contactor) or bypassed. Similarly, the bridging of a damaged or sensory measurable low-power cell may be useful to increase the overall performance of the battery. State of the art are passive mechanical components, which z. B. by an overpressure in the cell (irreversible) deformed and thereby triggered. Common names are z. For example, terms such as "overcharge protection circuit", "overcharge safety device" (OSD) or "current interrupt device" (CID) are used in the following: The term OSD is used to represent all embodiments of these protective devices according to the prior art.

Stand der Technik sind ebenfalls Glasampullen, welche bei Brandschutzsprinkleranlagen bei einer vorbestimmten Temperatur zerplatzen und die Sprinkler aktivieren. Laut APIS-Vorschlag ist auch die Verwendung als thermische Sicherung in der Elektrotechnik Stand der Technik.State of the art are also glass ampoules, which burst in fire sprinkler systems at a predetermined temperature and activate the sprinklers. According to the APIS proposal, the use as a thermal fuse in electrical engineering is state of the art.

Die EP 2 228 849 A1 offenbart eine wiederaufladbare Batterie mit einer Elektroden-Einheit und einem Gehäuse zur Montage der Elektroden-Einheit darin, wobei das Gehäuse sich je nach Innendruck verändert. Die Elektroden-Einheit umfasst einen Separator und eine erste und eine zweite Elektrode angeordnet auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Separators.The EP 2 228 849 A1 discloses a rechargeable battery having an electrode unit and a housing for mounting the electrode unit therein, wherein the housing changes depending on the internal pressure. The electrode assembly includes a separator and first and second electrodes disposed on two opposite sides of the separator.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle sowie ein Verfahren zur Abkopplung und/oder Überbrückung von Anschlüssen einer Vorrichtung für eine Batteriezelle gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a device for disconnecting and / or bridging connections for a battery cell as well as a method for decoupling and / or bridging connections of a device for a battery cell according to the main claims is presented with the present invention. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Die Erfindung betrifft gemäß einer Ausführungsform eine Vorrichtung, welche in eine Batteriezelle (z. B. Lithium-Ionen Batterie eines Elektrofahrzeuges) eingebaut werden kann und dazu dient, die Anschlüsse intern abzutrennen, beziehungsweise zu überbrücken. In der Vorrichtung ist ein mechanisches Sicherheitselement bestehend aus einem zerstörbaren Körper und einem Schaltelement integriert, welches durch Änderung einer physikalischen Größe wie beispielsweise Temperatur oder Druck ausgelöst werden kann. Vorteilhafterweise kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf verschiedene physikalische Größen reagieren.According to one embodiment, the invention relates to a device which can be installed in a battery cell (for example lithium-ion battery of an electric vehicle) and serves to separate or bridge the connections internally. In the device, a mechanical security element is integrated consisting of a destructible body and a switching element, which can be triggered by changing a physical quantity such as temperature or pressure. Advantageously, a device according to the invention can respond to different physical quantities.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle, wobei die Vorrichtung einen ersten Elektrodenanschluss aufweist, wobei der erste Elektrodenanschluss über die Vorrichtung mit einem ersten Anschluss verbindbar ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
ein Schaltelement, wobei das Schaltelement ausgebildet ist, in einem primären Schaltzustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss und dem ersten Anschluss herzustellen und in einem anderen Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss und dem ersten Anschluss zu unterbrechen,
einen zerstörbaren Körper, wobei der zerstörbare Körper eine nicht-lineare Kennlinie aufweist, wobei die Kennlinie einen Zusammenhang zwischen einer physikalischen Größe und der Festigkeit des zerstörbaren Körpers repräsentiert, wobei der zerstörbare Körper ausgebildet ist, in einem intakten Zustand das Schaltelement in dem primären Schaltzustand zu halten und in einem zerstörten Zustand ein Umschalten des Schaltelementes in den anderen Schaltzustand zu bewirken.
The present invention provides a device for disconnecting and / or bridging connections for a battery cell, the device having a first electrode connection, wherein the first electrode connection can be connected to a first connection via the device, the device having the following features:
a switching element, wherein the switching element is designed to establish an electrical connection between the first electrode connection and the first connection in a primary switching state and to interrupt the electrical connection between the first electrode connection and the first connection in another switching state,
a destructible body, the destructible body having a non-linear characteristic, the characteristic representing a relationship between a physical quantity and the strength of the destructible body, the destructible body being configured to, in an intact condition, the switching element in the primary switching state hold and cause a switching of the switching element in the other switching state in a destroyed state.

Unter einer Batteriezelle kann ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie wie beispielsweise ein Akkumulator verstanden werden. Unter einer Batteriezelle kann eine wiederaufladbare Sekundärzelle, Sekundärelement beziehungsweise ein Akkumulator verstanden werden. Batteriezellen können in einer Reihenschaltung und/oder einer Parallelschaltung in einer Batterie verbunden sein. Eine aus Batteriezellen aufgebaute Batterie kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen ein sonstiges Nutzfahrzeug, ein Förderzeug oder ein Wasserfahrzeug wie ein Boot handeln. Das Fahrzeug kann mit einem Hybrid-Antrieb ausgestattet sein oder es kann sich um ein Elektrofahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann zumindest eine Batterie als Starterbatterie und/oder Traktionsbatterie aufweisen. Eine Vorrichtung kann aus einem Schaltelement und einem zerstörbaren Körper bestehen oder zumindest diese beiden Elemente umfassen. Die Vorrichtung kann als eine elektromechanische Einheit und/oder mechanisches Sicherheitselement und/oder elektro-mechanisches Sicherheitselement bezeichnet werden. Die Vorrichtung kann als eine separate Einheit existieren oder alternativ fester Bestandteil einer Batteriezelle sein. Der Elektrodenanschluss der Vorrichtung kann ausgebildet sein, mit einem Elektrodenanschluss eines galvanischen Elements einer Batteriezelle verbunden zu werden. Der erste Anschluss der Vorrichtung kann ausgebildet sein, mit einem externen Anschluss einer Batteriezelle verbunden zu werden. Das Schaltelement der Vorrichtung kann zumindest zwei Schaltzustände aufweisen. Das Schaltelement kann von einem intakten zerstörbaren Körper in einem primären Schaltzustand gehalten werden. In dem primären Schaltzustand kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss und dem ersten Anschluss der Vorrichtung hergestellt sein. Das Schaltelement kann einen anderen Schaltzustand aufweisen. In dem anderen Schaltzustand kann die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss und dem ersten Anschluss unterbrochen sein. Das Schaltelement kann von dem primären Schaltzustand in den anderen Schaltzustand wechseln, wenn der zerstörbare Körper nicht intakt, d. h. zerstört ist. Bei dem zerstörbaren Körper kann es sich um einen Hohlkörper und/oder um eine Ampulle handeln, die eine Schale aufweist, die eine höhere Festigkeit als ein Inneres des Körpers aufweist. Der zerstörbare Körper kann in seinem Inneren zumindest ein Fluid aufweisen. Der zerstörbare Körper kann in seinem Inneren auch zumindest zwei Fluide mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Weist der Körper zumindest zwei Fluide in seinem Inneren auf, so kann ein Fluid eine Flüssigkeit und ein zumindest zweites Fluid ein gasförmiges Fluid wie beispielsweise Luft sein. Der zerstörbare Körper kann aus einem Material bestehen, welches eine nicht-lineare Kennlinie aufweist. Die nicht-lineare Kennlinie kann die Abhängigkeit der Festigkeit in Bezug auf eine physikalische Größe darstellen. Unter einer Festigkeit kann dabei eine Eigenschaft des Körpers verstanden werden, die eine Veränderung der ursprünglichen Form des Körpers ohne Einwirkung der physikalischen Größe repräsentiert; der Köper sich also bei Einwirkung unterschiedlich starker Ausprägungen der physikalischen Größe unterschiedlich stark (d. h. nicht-linear) verformt. Unter einer physikalischen Größe kann beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, eine Vibration, ein Schlag und/oder eine Beschleunigung verstanden werden. Unter dem intakten Zustand des zerstörbaren Körpers kann seine Grundform und oder eine nicht zerstörte Form des zerstörbaren Körpers verstanden werden. Der zerstörbare Körper kann irreversibel verformt werden und/oder zerstört werden. Das Auslösen des zerstörbaren Körpers als mechanisches Sicherheitselement kann dabei die Anschlüsse, beispielsweise einer Batteriezelle, abkoppeln. Von Vorteil ist, dass durch den hier vorgestellten Ansatz ein gefährlicher Zustand, beispielsweise bei Einsatz in einer Batteriezelle ein gefährlicher Zustand der Batteriezelle, wie starker Druckanstieg, drohender thermischer Ausreißer, oder „thermal runaway“, verhindert werden kann, in dem die Vorrichtung als passiver Schutzmechanismus eine Überbrückung herbeiführen kann. Die Vorrichtung kann gleichzeitig oder alternativ auf unterschiedliche gefährliche Zustände wie beispielsweise Temperaturanstieg und/oder Druckanstieg reagieren.A battery cell may be understood as a rechargeable storage for electrical energy, such as an accumulator. A battery cell can be understood as meaning a rechargeable secondary cell, secondary element or an accumulator. Battery cells may be connected in a series circuit and / or a parallel connection in a battery. A built-up of battery cells battery can be used in a vehicle. The vehicle may be a motor vehicle, such as a passenger car, a truck, another commercial vehicle, a truck, or a watercraft, such as a boat. The vehicle may be equipped with a hybrid drive or it may be an electric vehicle. The vehicle may have at least one battery as starter battery and / or traction battery. A device may consist of a switching element and a destructible body or at least comprise these two elements. The device may be referred to as an electromechanical unit and / or mechanical security element and / or electro-mechanical security element. The device can be considered a separate unit exist or alternatively be an integral part of a battery cell. The electrode terminal of the device can be designed to be connected to an electrode terminal of a galvanic element of a battery cell. The first terminal of the device may be configured to be connected to an external terminal of a battery cell. The switching element of the device may have at least two switching states. The switching element can be held by an intact destructible body in a primary switching state. In the primary switching state, an electrical connection can be made between the first electrode terminal and the first terminal of the device. The switching element may have a different switching state. In the other switching state, the electrical connection between the first electrode terminal and the first terminal may be interrupted. The switching element can change from the primary switching state to the other switching state if the destructible body is not intact, ie destroyed. The destructible body may be a hollow body and / or an ampule having a shell which has a higher strength than an interior of the body. The destructible body may have at least one fluid in its interior. The destructible body can also have at least two fluids with different thermal expansion coefficients in its interior. If the body has at least two fluids in its interior, a fluid may be a liquid and an at least second fluid may be a gaseous fluid such as air. The destructible body may be made of a material having a non-linear characteristic. The non-linear characteristic may represent the dependence of the strength on a physical quantity. Strength may be understood to mean a property of the body which represents a change in the original shape of the body without the action of the physical quantity; The body therefore deforms to different degrees (ie non-linear) when exposed to different degrees of physical magnitude. By a physical quantity, for example, a temperature, a pressure, a vibration, a shock and / or an acceleration can be understood. Under the intact state of the destructible body can be understood its basic form and or an undamaged form of the destructible body. The destructible body can be irreversibly deformed and / or destroyed. The triggering of the destructible body as a mechanical security element can decouple the connections, for example a battery cell. It is advantageous that a dangerous condition, for example, when used in a battery cell dangerous state of the battery cell, such as strong pressure increase, impending thermal outlier, or "thermal runaway" can be prevented by the approach presented here, in which the device as passive Protective mechanism can bring about a bridging. The device may simultaneously or alternatively respond to different hazardous conditions such as, for example, temperature rise and / or pressure increase.

Günstig ist auch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Schaltelement im anderen Schaltzustand den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss kurzschließt, wobei der zweite Anschluss mit einem zweiten Elektrodenanschluss verbunden ist. Durch das Kurzschließen der Anschlüsse kann beispielsweise bei Einsatz der Vorrichtung in einer Batteriezelle die Batteriezelle überbrückt werden.Also favorable is an embodiment of the invention in which the switching element in the other switching state short-circuits the first terminal and a second terminal, wherein the second terminal is connected to a second electrode terminal. By short-circuiting the terminals, for example, when using the device in a battery cell, the battery cell can be bridged.

Günstig ist auch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Schaltelement ausgebildet ist, einen sekundären Schaltzustand und/oder einen tertiären Schaltzustand als den anderen Schaltzustand einzunehmen, wobei das Schaltelement ausgebildet ist, in dem sekundären Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Anschluss zu unterbrechen und in dem tertiären Schaltzustand den ersten Anschluss und mit einem zweiten Anschluss kurzzuschließen und die elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Anschluss zu unterbrechen, wobei der zweite Anschluss mit einem zweiten Elektrodenanschluss verbunden ist. Bei unterschiedlichen Ereignissen können unterschiedliche Reaktionen erfolgen. Dabei kann der zerstörbare Körper beispielsweise auf Druck und/oder Temperatur anders reagieren als auf einen Schlag und/oder eine Beschleunigung. Dies kann durch eine geeignete nicht-lineare Kennlinie erreicht werden. Auch kann die Beschaffenheit des zerstörbaren Körpers in Bezug auf unterschiedliche physikalische Größen unterschiedliche nicht-lineare Kennlinien aufweisen. Der zerstörbare Körper kann aus zwei Teilkörpern bestehen, wobei der zerstörbare Körper ausgebildet sein kann, dass bei einem Ereignis nur einer der zwei Teilkörper zerstört wird und bei einem anderen Ereignis beide Teilkörper zerstört werden. Also advantageous is an embodiment of the invention in which the switching element is designed to assume a secondary switching state and / or a tertiary switching state as the other switching state, wherein the switching element is formed, in the secondary switching state, the electrical connection between the first electrode and the first Terminal interrupt and in the tertiary switching state, the first terminal and shorted to a second terminal and to interrupt the electrical connection between the first electrode and the first terminal, wherein the second terminal is connected to a second electrode terminal. Different events can cause different reactions. In this case, the destructible body can react differently to pressure and / or temperature, for example, than to a blow and / or an acceleration. This can be achieved by a suitable non-linear characteristic. Also, the nature of the destructible body may have different nonlinear characteristics with respect to different physical quantities. The destructible body can consist of two sub-bodies, it being possible for the destructible body to be designed so that only one of the two sub-bodies is destroyed during an event and, in the case of another event, both sub-bodies are destroyed.

Ferner kann auch der zerstörbare Körper ausgebildet sein, durch ein Überschreiten einer Schwelle eines Drucks auf den Körper von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand (auch als nicht-intakter Zustand bezeichnet) zu wechseln. Der Druckanstieg oder das Überschreiten einer Schwelle des Drucks kann als eine physikalische Größe verstanden werden. Unter einem Druckanstieg kann ein Druckanstieg der Umgebung der Vorrichtung verstanden werden. Bei einem Einsatz der Vorrichtung innerhalb einer Batteriezelle kann beispielsweise durch eine Erhitzung im Inneren der Batteriezelle ein Druckanstieg beobachtet werden, beispielsweise aufgrund eines Ladevorgangs über das erlaubte Maximum hinaus. Somit kann durch eine Reaktion auf den Druckanstieg eine Explosion der Batteriezelle verhindert werden.Further, the destructible body may also be configured to switch from the intact state to the destroyed state (also referred to as a non-intact state) by exceeding a threshold of a pressure on the body. The pressure increase or exceeding a threshold of the pressure can be understood as a physical quantity. An increase in pressure can be understood to mean an increase in pressure of the environment of the device. When using the device within a battery cell, for example, by a heating in the interior of the battery cell, a pressure increase can be observed, for example, due to a charging over the allowed Maximum out. Thus, explosion of the battery cell can be prevented by responding to the pressure rise.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der zerstörbare Körper ausgebildet sein, durch einen Temperaturanstieg von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu wechseln. Der zerstörbare Körper kann bei Überschreiten einer vorabdefinierten Temperaturschwelle zerstört werden. Ein Fluid im Inneren des zerstörbaren Körpers kann sich durch einen Temperaturanstieg ausdehnen und den zerstörbaren Körper in einen nicht intakten Zustand überführen.According to another embodiment of the present invention, the destructible body may be configured to change from the intact state to the destroyed state by a temperature rise. The destructible body can be destroyed when a pre-defined temperature threshold is exceeded. A fluid in the interior of the destructible body may expand due to an increase in temperature and convert the destructible body to a non-intact state.

In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Heizwendel und einem Anschluss für die Heizwendel auf, wobei der Heizwendel neben dem zerstörbaren Körper angeordnet ist, wobei die Heizwendel ausgebildet ist, durch Erhitzen des zerstörbaren Körpers diesen von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen. Unter einer Heizwendel kann ein Heizwiderstand verstanden werden. Unter einer Heizwendel kann ein elektrisches Bauelement, das elektrische Energie in thermische Energie, beziehungsweise Wärme, umwandelt, verstanden werden. An dem Anschluss für die Heizwendel kann ein elektrischer Auslöser für die Heizwendel angeordnet sein. In an additional or alternative embodiment, the apparatus comprises a heating coil and a connection for the heating coil, wherein the heating coil is arranged next to the destructible body, wherein the heating coil is formed, by heating the destructible body from the intact state to the destroyed state bring. Under a heating coil, a heating resistor can be understood. Under a heating coil, an electrical component that converts electrical energy into thermal energy, or heat, to be understood. At the connection for the heating coil, an electrical trigger for the heating coil can be arranged.

Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform die Vorrichtung einen piezoelektrischen Auslöser aufweisen, wobei der piezoelektrische Auslöser neben dem zerstörbaren Körper angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Auslöser ausgebildet ist, den zerstörbaren Körper von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen. Unter einem piezoelektrischen Auslöser kann ein Piezoaktor verstanden werden, wobei der Piezoaktor ausgebildet ist, bei Anliegen einer entsprechenden Spannung den zerstörbaren Körper auszulösen, beziehungsweise zu zerstören.Further, according to another embodiment, the device may include a piezoelectric actuator, wherein the piezoelectric actuator is disposed adjacent to the destructible body, wherein the piezoelectric actuator is configured to bring the destructible body from the intact condition to the destroyed condition. A piezoelectric trigger can be understood as meaning a piezoactuator, the piezoactuator being designed to trigger or destroy the destructible body when a corresponding voltage is present.

Ferner kann der zerstörbare Körper ausgebildet sein, mittels Schlag und/oder Erschütterung und/oder Verformung von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen. Unter einem zerstörbaren Körper, der mittels Schlag und/oder Erschütterung und/oder Verformung in den nicht intakten Zustand wechselt, kann ein passiver Crashsensor verstanden werden. Der zerstörbare Körper kann bei Auftreten von einer Beschleunigung oberhalb einer vordefinierten Schwelle zerstört werden. Eine solche Beschleunigung kann bei einem Unfall auftreten. Eine Verformung des Gehäuses, in dem die Vorrichtung angeordnet ist, kann zum Zerstören des zerstörbaren Körpers führen und somit die Vorrichtung auslösen. Eine Halterung des zerstörbaren Körpers kann ausgebildet sein, einen Schlag und/oder eine Verformung und/oder eine Erschütterung an den zerstörbaren Körper zu übertragen. Die beschriebene Übertragung kann mittels einer scharfen Kante und/oder eines weiteren beweglich angeordneten Bauteils erfolgen.Furthermore, the destructible body may be configured to bring it from the intact state to the destroyed state by means of impact and / or vibration and / or deformation. Under a destructible body that changes by impact and / or vibration and / or deformation in the non-intact state, a passive crash sensor can be understood. The destructible body may be destroyed if an acceleration above a predefined threshold occurs. Such acceleration can occur in an accident. Deformation of the housing in which the device is located can lead to destruction of the destructible body and thus trigger the device. A holder of the destructible body may be configured to transmit a shock and / or a deformation and / or a shock to the destructible body. The transmission described can be done by means of a sharp edge and / or another movably arranged component.

Auch ist es günstig, wenn ein Widerstand zu dem Schaltelement parallel geschaltet ist, wobei der Widerstand ausgebildet ist, bei zerstörtem Zustand des zerstörbaren Körpers die Batteriezelle zu entladen. Unter einem Widerstand kann ein zweipoliges passives elektrisches Bauelement zur Realisierung eines ohmschen Widerstandes verstanden werden. Ein Widerstand kann einen elektrischen Widerstand oberhalb einer vorabdefinierten Schwelle aufweisen. Um eine möglichst schnelle Entladung (und damit Herbeiführung des sicheren Zustandes) herbeizuführen, kann der Widerstand beispielsweise im Bereich weniger MilliOhm liegen, im Extremfall kann er sogar einen Quasikurzschluss darstellen (Sub-MilliOhm). Falls eine langsamere Entladung gewünscht wird (auch um die thermische Belastung gering zu halten, können Widerstandswerte im Bereich 10m-1Ohm gewählt werden. Mit diesen Werten ist eine typische Lithium-Ionen Batteriezelle für Elektrofahrzeuge in ca. 1h entladen.It is also advantageous if a resistor is connected in parallel with the switching element, wherein the resistor is designed to discharge the battery cell in the destroyed state of the destructible body. A resistor can be understood as meaning a two-pole passive electrical component for realizing an ohmic resistance. A resistor may have an electrical resistance above a predefined threshold. In order to bring about the fastest possible discharge (and thus bringing about the safe state), the resistance can be, for example, in the range of a few milliOhms; in extreme cases, it can even represent a quasi short circuit (sub-millihms). If a slower discharge is desired (in order to keep the thermal load low, resistance values in the range 10m-1Ohm can be selected) These values discharge a typical lithium-ion battery cell for electric vehicles in about 1h.

In einer zusätzlichen Ausführungsform kann eine Anschlussleitung des ersten Anschlusses in einem benachbart zu dem zerstörbaren Körper angeordneten Bereich als ein gegenüber einem weiteren Bereich der Anschlussleitung verdünnter Anschlussbereich ausgebildet sein, wobei der verdünnte Anschlussbereich ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines Stroms eine Erwärmung des zerstörbaren Körpers zu bewirken und den zerstörbaren Körper von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen.In an additional embodiment, a lead of the first terminal may be formed in a portion adjacent to the destructible body as a terminal portion thinned to another portion of the lead, the thinned portion being configured to heat the destructible body upon a rise of a current to bring the destructible body from the intact state to the destroyed state.

Günstig ist es auch, wenn in einer Ausführungsform der zerstörbare Körper als eine Glasampulle ausgebildet ist. Eine Ausführungsform des zerstörbaren Körpers als Glasampulle kann vorteilhaft sein, da das Material sowohl kostengünstig als auch auf eine thermische Veränderung, auf Erschütterung und/oder Schlag und/oder Stoß als auch auf Druck mit einer nicht-linearen Festigkeitskennlinie reagiert.It is also favorable if, in one embodiment, the destructible body is designed as a glass ampoule. An embodiment of the destructible body as a glass ampoule may be advantageous, since the material reacts both cost-effective and to a thermal change, vibration and / or impact and / or shock as well as pressure with a non-linear strength characteristic.

Ferner kann in einer besonderen Ausführungsform der zerstörbare Körper in einem Zellinneren einer Batteriezelle angeordnet sein und das Schaltelement hermetisch abgeschlossen gegenüber dem Zellinneren angeordnet sein. Unter dem Zellinneren kann der Innenraum einer Vorrichtung beziehungsweise eines Körpers verstanden werden, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommt, wie beispielsweise eine Batteriezelle und/oder eine Brennstoffzelle. Durch das Abtrennen des Schaltelements hermetisch von dem Zellinneren kann eine Korrosion von Kontakten des Schaltelements verhindert werden. Durch das Abtrennen des Schaltelements von dem Zellinneren kann die elektrische Leitfähigkeit des Schaltelements besser und länger aufrechterhalten werden.Furthermore, in a particular embodiment, the destructible body can be arranged in a cell interior of a battery cell and the switching element can be arranged hermetically sealed relative to the cell interior. The interior of the cell can be understood to mean the interior of a device or a body in which the device according to the invention is used, such as a battery cell and / or a fuel cell. By separating the switching element hermetically from the cell interior, corrosion of contacts of the switching element can be prevented. By separating the Switching element of the cell interior, the electrical conductivity of the switching element can be maintained better and longer.

In einer zusätzlichen Ausführungsform kann der zerstörbare Körper mit einem Fluid gefüllt sein. Ein Fluid im Zellinneren kann einen zur Umgebung und zum Material des zerstörbaren Körpers unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das Fluid kann derart ausgebildet sein, dass es sich bei Wärmezufuhr bei einem vordefinierten Temperaturschwellwert soweit ausdehnt, dass der zerstörbare Körper nicht zerstört ist und eine Form des Körpers gegenüber seiner Grundform verändert wird.In an additional embodiment, the destructible body may be filled with a fluid. A fluid in the cell interior may have a different thermal expansion coefficient to the environment and to the material of the destructible body. The fluid can be designed such that it expands as far as heat at a predefined temperature threshold, that the destructible body is not destroyed and a shape of the body is changed from its basic shape.

Ferner kann das Fluid ausgebildet sein, im zerstörten Zustand des zerstörbaren Körpers eine chemische Reaktion zu bewirken. Das Fluid kann ausgebildet sein, mit einem anderen Fluid und/oder Material chemisch zu reagieren. Beispielsweise kann das Fluid ausgebildet sein, Substanzen aus einem Elektrolyt, beispielsweise in einer Batteriezelle, zu binden und somit einen kritischen Zustand der Batteriezelle weiter eindämmen und/oder verhindern.Further, the fluid may be configured to cause a chemical reaction in the destroyed state of the destructible body. The fluid may be configured to chemically react with another fluid and / or material. For example, the fluid may be formed to bind substances from an electrolyte, for example in a battery cell, and thus further contain and / or prevent a critical state of the battery cell.

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zur Abkopplung und gleichzeitig oder alternativ Überbrückung von Anschlüssen für eine Vorrichtung zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Auslösen des zerstörbaren Körpers ansprechend auf eine physikalische Größe, wobei der zerstörbare Körper von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand gebracht wird.
The present invention provides according to an embodiment of the invention a method for decoupling and simultaneously or alternatively bridging connections for a device for disconnecting and / or bridging connections for a battery cell, the method comprising the following step:
Triggering the destructible body in response to a physical amount, wherein the destructible body is brought from the intact state to the destroyed state.

Ein Aspekt des hier vorgestellten Verfahrens ist es, am Beispiel einer Batteriezelle die Sicherheit und Leistung einer Batterie durch aktives Herausnehmen von kritischen und/oder gealterten Batteriezellen zu steigern. Für die Batteriesicherheit hat dabei eine aktiv ausgelöste Überbrückung von Batteriezellen mit kritischer Temperatur, kritischem Druck und/oder kritischen Spannungsverläufen große Bedeutung; für die Batterieleistung (Performance) hat dabei eine aktiv ausgelöste Überbrückung von stark gealterten oder aus sonstigen Gründen leistungsschwachen Zellen mit schlechtem State-of-Health große Bedeutung.One aspect of the method presented here is to increase the safety and performance of a battery by active removal of critical and / or aged battery cells using the example of a battery cell. For battery safety, an actively triggered bridging of battery cells with critical temperature, critical pressure and / or critical voltage curves is of great importance; For the battery performance (performance) has an actively triggered bridging of heavily aged or poor performance for other reasons cells with poor state of health has great importance.

Das hier vorgestellte Verfahren, beziehungsweise eine Vorrichtung, die Einrichtungen aufweist, welche dieses Verfahren umsetzen, verwendet zur Verknüpfung von Sensorik (Messwerten, Überschreitung von Grenzwerten) und Aktorik (mechanischen und optional elektrischen Komponenten welche in eine Batteriezelle, z. B. Lithium-Ionen Batterie eines Elektrofahrzeuges, eingebaut werden und dazu dienen die Anschlüsse der Zelle intern abzutrennen, bzw. zu überbrücken), um eine optimale Leistung und Sicherheit einer Batterie sicherzustellen.The method presented here, or a device which has devices which implement this method, uses sensors for linking sensors (measured values, exceeding limiting values) and actuators (mechanical and optionally electrical components) into a battery cell, eg lithium ions Battery of an electric vehicle, installed and serve to disconnect the connections of the cell internally or to bridge) to ensure optimum performance and safety of a battery.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of another embodiment of the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Batteriezelle; und 3 a schematic representation of an embodiment of the present invention using the example of a battery cell; and

4 Blockschaltbild eines Verfahrens eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4 Block diagram of a method of an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen 110, 120 für eine Batteriezelle. Die Vorrichtung 100 weist einen ersten Elektrodenanschluss 110, einen ersten Anschluss 120, ein Schaltelement 130 sowie einen zerstörbaren Körper 140 auf. Das Schaltelement besteht aus einem feststehenden Teil 132 des Schaltelements 130 und einer vorgespannten Kontaktzunge 135. Die vorgespannte Kontaktzunge kann auch als eine bewegliche Kontaktfeder 135 bezeichnet werden. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the present invention. 1 shows a device 100 for disconnecting and / or bridging connections 110 . 120 for a battery cell. The device 100 has a first electrode terminal 110 , a first connection 120 , a switching element 130 as well as a destructible body 140 on. The switching element consists of a fixed part 132 of the switching element 130 and a preloaded contact tongue 135 , The pretensioned contact tongue can also act as a movable contact spring 135 be designated.

Der erste Elektrodenanschluss 110 ist mit dem Schaltelement 130 über eine Leitung verbunden. Der erste Anschluss 120 ist mit dem Schaltelement 130 über eine weitere Leitung verbunden. Das Schaltelement 130 ist in 1 in seinem primären Schaltzustand dargestellt. Über das Schaltelement 130 ist eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110 und dem ersten Anschluss 120 hergestellt. Das Schaltelement 130 weist eine vorgespannte Kontaktzunge 135 auf. Die vorgespannte Kontaktzunge 135 wird von dem zerstörbaren Körper 140 an den feststehenden Teil 132 des Schaltelements 130, welcher mit dem ersten Elektrodenanschluss 110 verbunden ist, gedrückt und in Position gehalten. The first electrode connection 110 is with the switching element 130 connected via a line. The first connection 120 is with the switching element 130 connected via another line. The switching element 130 is in 1 shown in its primary switching state. About the switching element 130 is an electrical connection between the first electrode terminal 110 and the first connection 120 produced. The switching element 130 has a prestressed contact tongue 135 on. The preloaded contact tongue 135 becomes of the destructible body 140 to the fixed part 132 of the switching element 130 which is connected to the first electrode connection 110 connected, pressed and held in position.

1 zeigt den zerstörbaren Körper im intakten Zustand. In dem nicht gezeigten nicht intakten (d. h. zerstörten) Zustand des zerstörbaren Körpers löst sich die bewegliche Kontaktfeder 135 von dem feststehenden Teil 132 des Schaltelements 130 und der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110 und dem ersten Anschluss 120 ist geöffnet beziehungsweise unterbrochen. 1 shows the destructible body in the intact state. In the non-intact (ie, destroyed) state of the destructible body, not shown, the movable contact spring is released 135 from the stationary part 132 of the switching element 130 and the electrical contact between the first electrode terminal 110 and the first connection 120 is open or interrupted.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt im Vergleich zu 1 erweiterte Vorrichtung 100 zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen 110, 120 für eine Batteriezelle. Die Vorrichtung 100 weist neben dem bereits in 1 gezeigten ersten Elektrodenanschluss 110, dem ersten Anschluss 120, dem Schaltelement 130 mit dem feststehenden Teil 132 und der vorgespannten Kontaktzunge 135 und dem zerstörbaren Körper 140 einen zweiten Anschluss 250, eine Heizwendel 260, einen elektrischen Auslöser 265 für die Heizwendel 260, einen hochohmigen Widerstand 270 und einen verdünnten Anschlussbereich 280 auf. 2 shows a schematic representation of another embodiment of the present invention. 2 shows in comparison to 1 advanced device 100 for disconnecting and / or bridging connections 110 . 120 for a battery cell. The device 100 points next to the already in 1 shown first electrode connection 110 , the first connection 120 , the switching element 130 with the fixed part 132 and the preloaded contact tongue 135 and the destructible body 140 a second connection 250 , a heating coil 260 , an electrical release 265 for the heating coil 260 , a high-impedance resistor 270 and a thinned connection area 280 on.

Der zweite Anschluss 250 ist derart im Bereich des Schaltelements 130 angeordnet, dass mittels der vorgespannten Kontaktzunge 135 eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 120 und dem zweiten Anschluss 250 herstellbar ist. In dem in 2 gezeigten primären Schaltzustand des Schaltelements 130 ist keine elektrische Verbindung zu dem zweiten Anschluss 250 hergestellt. Die Heizwendel 260 ist parallel zu dem zerstörbaren Körper 140 angeordnet. Die Heizwendel 260 ist verbunden mit dem elektrischen Auslöser 265 für die Heizwendel 260. Weiterhin ist zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110 und dem ersten Anschluss 120 ein hochohmiger Widerstand 270 angeordnet. Die Leitung zwischen der vorgespannten Kontaktzunge 135 und dem ersten Anschluss 120 weist im Bereich parallel zum zerstörbaren Körper 140 einen verdünnten Anschlussbereich 280 auf. The second connection 250 is so in the range of the switching element 130 arranged that by means of the prestressed contact tongue 135 an electrical connection between the first port 120 and the second port 250 can be produced. In the in 2 shown primary switching state of the switching element 130 is no electrical connection to the second port 250 produced. The heating coil 260 is parallel to the destructible body 140 arranged. The heating coil 260 is connected to the electrical release 265 for the heating coil 260 , Furthermore, between the first electrode connection 110 and the first connection 120 a high impedance resistor 270 arranged. The line between the prestressed contact tongue 135 and the first connection 120 points in the area parallel to the destructible body 140 a thinned connection area 280 on.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Batteriezelle. Das bereits in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen 110, 120 für eine Batteriezelle 300. Die Vorrichtung 100 ist innerhalb einer Batteriezelle 300 angeordnet. Die Batteriezelle weist ein galvanisches Element 310 auf. Das galvanische Element 310 kann auch als Zellwickel 310 bezeichnet werden. Das galvanische Element 310 weist zwei Elektroden auf, wovon eine Elektrode mit dem ersten Elektrodenanschluss 110 und die andere Elektrode 320 mit dem zweiten Anschluss 250 verbunden ist. Aus der Batteriezelle 300 sind der erste Anschluss 120 und der zweite Anschluss 250 herausgeführt und von außerhalb der Batteriezelle kontaktierbar. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the present invention using the example of a battery cell. That already in 2 shown embodiment of the device 100 for disconnecting and / or bridging connections 110 . 120 for a battery cell 300 , The device 100 is inside a battery cell 300 arranged. The battery cell has a galvanic element 310 on. The galvanic element 310 Can also be used as a cell wrap 310 be designated. The galvanic element 310 has two electrodes, one of which is connected to the first electrode terminal 110 and the other electrode 320 with the second connection 250 connected is. From the battery cell 300 are the first connection 120 and the second connection 250 led out and contacted from outside the battery cell.

Die Elektrode 320 des galvanischen Elements 310 ist dauerhaft mit Anschluss 250 der Zelle 300 verbunden. Elektrode 110 des Elements 310 ist über eine bewegliche Kontaktzunge 135 mit Anschluss 120 verbunden. Bei Überschreiten eines Limits (Temperatur, Strom, Druck) zerplatzt die Glasampulle 140 und die vorgespannte Kontaktfeder 135 löst sich vom Anschluss 132 an Elektrode 110 und stellt optional im weiteren einen Kurzschluss zu Anschluss 250 her. Damit ist das galvanische Element 310 abgekoppelt und optional die Zelle 300 überbrückt. Die Vorrichtung 100 kann an oder in eine Batteriezelle 300 integriert werden.The electrode 320 of the galvanic element 310 is permanent with connection 250 the cell 300 connected. electrode 110 of the element 310 is via a movable contact tongue 135 with connection 120 connected. If a limit is exceeded (temperature, current, pressure), the glass ampoule will burst 140 and the preloaded contact spring 135 disconnects from the connection 132 to electrode 110 and optionally provides a short circuit to connection in the further 250 ago. This is the galvanic element 310 uncoupled and optionally the cell 300 bridged. The device 100 can be on or in a battery cell 300 to get integrated.

In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung 100 eine Glasampulle 140 verwenden, um eine Batteriezelle 300 abzukoppeln und/oder abzutrennen. Die Glasampulle ist dem Zellinneren ausgesetzt, die Kontakte sind aber hermetisch gegenüber dem Zellinneren abgeschlossen, um eine Korrosion der Kontakte zu verhindern. Optional ist im Inneren der Glasampulle eine Flüssigkeit eingefüllt (hermetisch verschlossen). Diese Flüssigkeit kann bei Austritt eine gewünschte chemische Reaktion auslösen, beispielsweise Substanzen aus dem Elektrolyt binden, die Flammtemperatur heraufsetzen, etc. Ein besonderer wichtiger Vorteil gegenüber einigen der heute verwendeten Lösungen ist, dass der zum Auslösen notwendige ohmsche Widerstand (welcher im normalen Betrieb zu unerwünschten Verlusten führt) deutlich kleiner gewählt werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen kann er sogar null sein, wenn beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel auf den verdünnten Anschlussbereich 280 verzichtet wird (ohne Verdünnung in 3).In one embodiment, the device 100 a glass ampule 140 use a battery cell 300 decouple and / or separate. The glass ampoule is exposed to the cell interior, but the contacts are hermetically sealed against the cell interior to prevent corrosion of the contacts. Optionally, a liquid is filled inside the glass ampoule (hermetically sealed). This liquid can cause a desired chemical reaction when exiting, for example, bind substances from the electrolyte, raise the flame temperature, etc. A particular important advantage over some of the solutions used today is that the necessary to trigger ohmic resistance (which in normal operation to undesirable Losses leads) can be chosen significantly smaller. In some embodiments, it may even be zero, for example, in one embodiment, to the thinned terminal area 280 is omitted (without dilution in 3 ).

Ein weiterer Vorteil ist, dass für eine (passive und/oder aktive) Auslösung über Innendruck keine Gehäusewandmodifikation notwendig ist. Derzeitige Systeme haben eine Knackfrosch-Membran in der Außenwand, welche bei Druckanstieg umklappt und einen gewollten Kurzschluss auslöst. Dafür muss z. B. der Zelldeckel modifiziert werden, um diese Membran unterzubringen.Another advantage is that no housing wall modification is necessary for a (passive and / or active) triggering via internal pressure. Current systems have a pop-up membrane in the outer wall, which folds down when pressure rises and triggers a desired short circuit. For this z. As the cell lid can be modified to accommodate this membrane.

4 zeigt Blockschaltbild eines Verfahrens eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 400 zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle weist einen Schritt 410 des Auslösens des zerstörbaren Körpers unter Verwendung einer physikalischen Größe auf, wobei der zerstörbare Körper von dem intakten Zustand in den nicht intakten, d. h. zerstörten Zustand wechselt. 4 shows a block diagram of a method of an embodiment of the present invention. The procedure 400 for disconnecting and / or bridging terminals for a battery cell has a step 410 triggering of the destructible body using a physical quantity, wherein the destructible body changes from the intact state to the non-intact, ie destroyed state.

Unter dem Verfahren 400, beziehungsweise einer elektromechanischen Einheit, welche das Verfahren 400 ausführt, kann ein Verfahren zur passiven und aktiven Abkoppelung und Überbrückung von Batteriezellen zur Verhinderung und/oder Abschwächung von Störfällen verstanden werden.Under the procedure 400 , or an electromechanical unit, which the method 400 A method of passive and active decoupling and bridging can be implemented Battery cells for the prevention and / or mitigation of accidents are understood.

Ein Aspekt des hier vorgestellten Verfahrens 400, bzw. einer elektromechanischen Einheit, welche dieses Verfahren umsetzt und Ausführungsbeispiele in den 1 bis 3 gezeigt sind,, ist die Verwendung verschiedener Messwerte und Kennzahlen über die Zellen einer Batterie zur Steuerung einer Aktorik innerhalb einer Zelle, welche reversibel oder irreversibel die Zelle, in welcher sie eingebaut ist, abtrennen und/oder überbrücken kann, um eine optimale Leistung und eine höchstmögliche Sicherheit der Zelle herzustellen. Dies ist kombiniert mit einer in diesem Zusammenhang bis jetzt nicht verwendeten passiv auslösenden Schutzeinrichtung (thermisch auslösende Glasampulle).One aspect of the method presented here 400 , or an electromechanical unit, which implements this method and embodiments in the 1 to 3 is the use of various readings and measures about the cells of a battery to control an actuator within a cell which can reversibly or irreversibly disconnect and / or bypass the cell in which it is installed for optimal performance and performance To ensure the highest possible safety of the cell. This is combined with a passive triggering device (thermal triggering glass ampoule) not used in this context until now.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren 400 einen Schritt 410 des Auslösens auf, wobei die Auslösung über einen Druckanstieg im Gehäuse erfolgt (Ampulle implodiert) und/oder wobei die Auslösung über einen Temperaturanstieg innerhalb der Zelle erfolgt, und/oder wobei die Auslösung über einen Stromanstieg durch die Zelle erfolgt (externer Kurzschluss, die Verdünnung 280 in 3 erhitzt sich und löst die Ampulle aus), wobei die verdünnte Stelle 280 entfallen kann, wenn dieses Auslösekriterium nicht benötigt wird. Ferner kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Schritt 410 des Auslösens die Auslösung elektrisch erfolgen. Über einen Strom wird der Heizwendel in 3 erhitzt und löst die Ampulle aus. Hiermit können beliebige sinnvolle Kriterien, welche beispielsweise von einem elektronischen System in Auslöser bewertet wurden, zur Auslösung herangezogen werden (z. B. Alterung). Wobei alternativ zur Heizwendel ein piezoelektrisches Material eingesetzt wird, welches bei durch den Auslöser angelegter Spannung seine Form verändert und die Ampulle zerbricht. Weiterhin kann in einem Ausführungsbeispiel die Auslösung über Erschütterung (Schlag) und/oder über Verformung erfolgen. Dies stellt einen neuartigen „passiven Crashsensor" für Batteriezellen dar. Treten bei einem Unfall hohe Beschleunigungen auf, zerbricht die Ampulle.According to one embodiment of the present invention, the method 400 one step 410 triggering, wherein the triggering takes place via an increase in pressure in the housing (ampoule implodes) and / or wherein the triggering takes place via an increase in temperature within the cell, and / or wherein the triggering takes place via a current increase through the cell (external short circuit, the dilution 280 in 3 heats up and releases the ampoule), leaving the diluted spot 280 can be omitted if this triggering criterion is not needed. Furthermore, according to a further embodiment in step 410 of triggering the triggering done electrically. About a stream of heating coil in 3 heats and triggers the ampoule. Hereby, any meaningful criteria, which for example were evaluated by an electronic system in triggers, can be used for triggering (eg aging). Whereby a piezoelectric material is used as an alternative to the heating coil, which changes its shape when the voltage applied by the trigger and breaks the ampoule. Furthermore, in one embodiment, the triggering can be done by vibration (impact) and / or by deformation. This represents a novel "passive crash sensor" for battery cells. If high accelerations occur in an accident, the ampoule breaks.

Verformt sich bei einem Unfall das Zellgehäuse, wobei sehr schwerwiegende Folgen dann zu erwarten sind, wird diese Verformung auf die Ampulle übertragen und führt zum Zerbrechen/Auslösung. Die Halterung der Ampulle ist in einem Ausführungsbeispiel entsprechend ausgeformt, um die Beschleunigungen und/oder Verformungen auf die Ampulle zu übertragen. Beispiele: scharfe Kante, welche in die Ampulle gedrückt wird. Scharfe Kante, welche sich bei hohen Beschleunigungen bewegt und die Ampulle zerschlägt. Je nach Ausführungsbeispiel erfolgt die Auslösung über alle oder eine teilweise Kombination der vorherigen Methoden. Bei unterschiedlichen Ereignissen erfolgen unterschiedliche Reaktionen. Beispiele: Bei einem Crash ist es vorteilhaft, wenn die Zelle abgekoppelt wird, aber die Zelle nicht überbrückt wird. Damit kann ein passiver Mechanismus in der Zelle den gesamten Batteriestrang auftrennen und wird damit eine Absicherung des Batterieschützes (Redundanz). Ausführungsmöglichkeiten: Mehr als eine Glasampulle, eine Glasampulle, welche aber abhängig vom Auslöser unterschiedlich zerbricht. Ein optional vorhandener hochohmiger Widerstand führt nach Auslösung eine langsame Entladung der Zelle herbei und bringt dadurch die Zelle in einen sicheren Zustand.Deformed in an accident, the cell housing, with very serious consequences are expected then this deformation is transferred to the ampoule and leads to breakage / release. The holder of the ampoule is formed in accordance with one embodiment, in order to transmit the accelerations and / or deformations on the ampoule. Examples: sharp edge, which is pressed into the ampoule. Sharp edge, which moves at high accelerations and smashes the ampoule. Depending on the embodiment, the triggering takes place via all or a partial combination of the previous methods. Different reactions occur in different events. Examples: In a crash, it is advantageous if the cell is decoupled, but the cell is not bridged. This allows a passive mechanism in the cell to separate the entire battery string and thus provides protection for the battery protector (redundancy). Design options: More than a glass ampoule, a glass ampoule, which, however, breaks differently depending on the trigger. An optional high-impedance resistor causes a slow discharge of the cell after triggering and thus brings the cell into a safe state.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2228849 A1 [0004] EP 2228849 A1 [0004]

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Vorrichtung (100) zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen (110, 120, 250) für eine Batteriezelle (300), wobei die Vorrichtung (100) einen ersten Elektrodenanschluss (110) aufweist, wobei der erste Elektrodenanschluss (110) über die Vorrichtung (100) mit einem ersten Anschluss (120) verbindbar ist, wobei die Vorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: ein Schaltelement (130), wobei das Schaltelement (130) ausgebildet ist, in einem primären Schaltzustand eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) herzustellen und in einem anderen Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) zu unterbrechen; und einen zerstörbaren Körper (140), wobei der zerstörbare Körper (140) eine nicht-lineare Kennlinie aufweist, wobei die Kennlinie einen Zusammenhang zwischen einer physikalischen Größe und der Festigkeit des zerstörbaren Körpers (140) repräsentiert, wobei der zerstörbare Körper (140) ausgebildet ist, in einem intakten Zustand das Schaltelement (130) im primären Schaltzustand zu halten und in einem zerstörten Zustand ein Umschalten des Schaltelements (130) in den anderen Schaltzustand zu bewirken.Contraption ( 100 ) for uncoupling and / or bridging connections ( 110 . 120 . 250 ) for a battery cell ( 300 ), the device ( 100 ) a first electrode terminal ( 110 ), wherein the first electrode terminal ( 110 ) over the device ( 100 ) with a first connection ( 120 ) is connectable, the device ( 100 ) has the following features: a switching element ( 130 ), wherein the switching element ( 130 ) is configured, in a primary switching state, an electrical connection between the first electrode terminal ( 110 ) and the first connection ( 120 ) and in another switching state, the electrical connection between the first electrode terminal ( 110 ) and the first connection ( 120 ) to interrupt; and a destructible body ( 140 ), whereby the destructible body ( 140 ) has a non-linear characteristic, the characteristic being a relationship between a physical quantity and the strength of the destructible body ( 140 ), whereby the destructible body ( 140 ) is formed, in an intact state, the switching element ( 130 ) in the primary switching state and in a destroyed state, a switching of the switching element ( 130 ) to effect the other switching state. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der das Schaltelement (130) im anderen Schaltzustand den ersten Anschluss (120) und einen zweiten Anschluss (250) kurzschließt, wobei der zweite Anschluss (250) mit einem zweiten Elektrodenanschluss (320) verbunden ist. Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the switching element ( 130 ) in the other switching state, the first connection ( 120 ) and a second port ( 250 ), the second terminal ( 250 ) with a second electrode connection ( 320 ) connected is. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Schaltelement (130) ausgebildet ist, einen sekundären Schaltzustand und/oder einen tertiären Schaltzustand als den anderen Schaltzustand einzunehmen, wobei das Schaltelement (130) ausgebildet ist, in dem sekundären Schaltzustand die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) zu unterbrechen und in dem tertiären Schaltzustand den ersten Anschluss (120) mit einem zweiten Anschluss (250) kurzzuschließen und die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss (110) und dem ersten Anschluss (120) zu unterbrechen, wobei der zweite Anschluss (250) mit einem zweiten Elektrodenanschluss (320) verbunden ist.Contraption ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the switching element ( 130 ) is configured to assume a secondary switching state and / or a tertiary switching state as the other switching state, wherein the switching element ( 130 ) is formed, in the secondary switching state, the electrical connection between the first electrode terminal ( 110 ) and the first connection ( 120 ) and in the tertiary switching state the first connection ( 120 ) with a second connection ( 250 ) and the electrical connection between the first electrode terminal ( 110 ) and the first connection ( 120 ), the second connection ( 250 ) with a second electrode connection ( 320 ) connected is. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) ausgebildet ist, durch ein Überschreiten einer Schwelle eines Drucks auf den Körper (140) von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu wechseln.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) is formed by exceeding a threshold of pressure on the body ( 140 ) to change from the intact state to the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) ausgebildet ist, durch einen Temperaturanstieg von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu wechseln.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) is adapted to change by a temperature increase from the intact state to the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Heizwendel (260) und einem Anschluss (265) für die Heizwendel (260), wobei die Heizwendel (260) neben dem zerstörbaren Körper (140) angeordnet ist, wobei die Heizwendel (260) ausgebildet ist, durch Erhitzen des zerstörbaren Körpers (140) diesen von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a heating coil ( 260 ) and a connection ( 265 ) for the heating coil ( 260 ), wherein the heating coil ( 260 ) next to the destructible body ( 140 ) is arranged, wherein the heating coil ( 260 ) is formed by heating the destructible body ( 140 ) to bring it from the intact state to the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem piezoelektrischen Auslöser, wobei der piezoelektrische Auslöser neben dem zerstörbaren Körper (140) angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Auslöser ausgebildet ist, den zerstörbaren Körper (140) von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a piezoelectric trigger, wherein the piezoelectric trigger next to the destructible body ( 140 ) is arranged, wherein the piezoelectric trigger is formed, the destructible body ( 140 ) from the intact state to the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) ausgebildet ist, mittels Schlag und/oder Erschütterung und/oder Verformung von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand gebracht zu werden. Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) is designed to be brought by impact and / or vibration and / or deformation of the intact state in the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der ein Widerstand (270) zu dem Schaltelement (130) parallel geschaltet ist, wobei der Widerstand (270) ausgebildet ist, bei zerstörtem Zustand des zerstörbaren Körpers (140) die Batteriezelle (300) zu entladen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which a resistor ( 270 ) to the switching element ( 130 ) is connected in parallel, the resistance ( 270 ) is formed, in destroyed state of the destructible body ( 140 ) the battery cell ( 300 ) to unload. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der eine Anschlussleitung des ersten Anschlusses (120) in einem benachbart zu dem zerstörbaren Körper (140) angeordneten Bereich als ein gegenüber einem weiteren Bereich der Anschlussleitung verdünnter Anschlussbereich (280) ausgebildet ist, wobei der verdünnte Anschlussbereich (280) ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines Stroms eine Erwärmung des zerstörbaren Körpers (140) zu bewirken und den zerstörbaren Körper (140) hierdurch von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand zu bringen.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which a connecting line of the first terminal ( 120 ) in an adjacent to the destructible body ( 140 ) arranged as a relation to a further region of the connecting line thinned connection area ( 280 ), wherein the thinned connection region ( 280 ) is formed, with a rise of a current heating of the destructible body ( 140 ) and the destructible body ( 140 ) to bring it from the intact state to the destroyed state. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) als eine Glasampulle ausgebildet ist.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) is formed as a glass ampule. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) in einem Zellinneren einer Batteriezelle (300) angeordnet ist und das Schaltelement (130) hermetisch abgeschlossen gegenüber dem Zellinneren angeordnet ist. Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) in a cell interior of a battery cell ( 300 ) is arranged and the switching element ( 130 ) is hermetically sealed against the cell interior. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der zerstörbare Körper (140) mit einem Fluid gefüllt ist.Contraption ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the destructible body ( 140 ) is filled with a fluid. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 13, bei der das Fluid ausgebildet ist, im zerstörten Zustand des zerstörbaren Körpers (140) eine chemische Reaktion zu bewirken.Contraption ( 100 ) according to claim 13, wherein the fluid is formed, in the destroyed state of the destructible body ( 140 ) to cause a chemical reaction. Verfahren (400) zur Abkopplung und/oder Überbrückung von Anschlüssen für eine Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (400) den folgenden Schritt aufweist: Auslösen (410) des zerstörbaren Körpers (140) ansprechend auf eine physikalische Größe, wobei der zerstörbare Körper (140) von dem intakten Zustand in den zerstörten Zustand gebracht wird.Procedure ( 400 ) for decoupling and / or bridging connections for a device according to one of the preceding claims, wherein the method ( 400 ) has the following step: triggering ( 410 ) of the destructible body ( 140 ) responsive to a physical quantity, the destructible body ( 140 ) is brought from the intact state to the destroyed state.
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