用于提高在使用电池系统时的安全性的装置的制作方法

本发明涉及一种根据独立专利权利要求的前序部分的电池系统以及所述电池系统的使用。

背景技术：

由现有技术已知用于提高在使用电池系统时的安全性的装置，其中用于提高在使用电池系统时的安全性的装置适用于对所述电池系统进行电短路。例如，JP07201372A公开了一种具有对压力作出反应的膜片的电池，其中所述膜片能够根据在电池内部的压力来变形并且能够在所述电池的两个端子之间建立电接触。

技术实现要素：

本发明涉及一种电池系统、尤其锂离子电池系统，所述电池系统具有至少一个用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个适用于所述电池系统的放电的放电装置。

本发明涉及一种根据独立专利权利要求的特征部分的特征的电池系统以及所述电池系统的使用。

本发明的核心在于，所述至少一个装置是用于将所述电池系统的电能转化为非电能的装置，并且所述至少一个装置至少在所述电池系统的放电的情况下与所述放电装置相连接。

下述情况：所述至少一个装置是用于将所述电池系统的电能转化为非电能的装置并且所述至少一个装置至少在所述电池系统的放电的情况下与所述放电装置相连接，促成了根据本发明的优点：根据应当使所述电池系统放电或者使所述电池系统放电的事实来更快地使所述电池系统放电。引起更快的放电的原因是，通过将所述电池系统的电能转化为非电能这种方式，加速了所述电池系统本身的放电。

本发明的背景是提高在使用电池系统时的安全性，其中对于下述情况来说：出现所述电池系统的危急的状态，那么能够使所述电池系统放电。例如，当在所述电池系统的内部出现气体产生时，并且/或者当在所述电池系统的内部和/或外部存在的温度和/或压力出现不规则的升高时，那么存在所述电池系统的危急的状态。伴随着存储在所述电池系统中的电能，出现了对于处于所述电池系统的环境中的生物或者物品的危害。越快并且越完全地转化这种电能并且受控地使所述电池系统放电，对于处于所述电池系统的环境中的生物和物品的危害就越小。

此外，根据本发明还有电池系统在车辆、尤其机动车中的使用。除此以外，所述电池系统的固定式使用尤其也是可行的。

本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

根据本发明的另一种优选的实施方式，所述至少一个装置与能量传导装置以传导能量的方式相连接。在此，所述能量传导装置适用于将通过所述至少一个装置所产生的非电能排出到在所述电池系统外部的空间区域中。

所述至少一个装置与能量传导装置的以传导能量方式的连接——其中所述能量传导装置适用于将通过所述至少一个装置所产生的非电能排出到在所述电池系统外部的空间区域中——促成了根据本发明的优点：能够将所产生的非电能可靠地并且受控地排出到在所述电池系统外部的空间区域中。通过将所述非电能排出到在所述电池系统外部的空间区域中这种方式，进一步提高了在使用电池系统时的安全性。本发明的该实施方式的背景是，能够将越多的电能转化为非电能并且排出到在所述电池系统外部的空间区域中，对于处于损坏的电池系统的环境中的生物或者物品的损害的可能性就越小。所述非电能例如能够被排出到布置在所述电池系统外部的能量存储器中。所述布置在电池外部的能量存储器尤其能够是用于接收机械能的装置，其中所述机械能能够传递到涡轮机、飞轮、弹性体、液压装置、气动装置上或者能够转移到压力容器中。所述压力容器例如适用于容纳气体并且尤其蒸汽或者蒸发的液体。所述压力容器例如能够处于0bar到5bar、优选0bar到2bar或者3bar到5bar的压力中，以便提高设置在所述压力容器中的物质的沸腾温度和蒸发温度并且由此引起更高的能量接收水平（Energieaufnahme）。

根据本发明的另一种有利的实施方式，用于将所述电能转化为非电能的所述至少一个装置是以机械的方式起作用的能量转换器和/或以热力的方式起作用的能量转换器和/或以化学的方式起作用的能量转换器。

下述情况：用于将所述电能转化为非电能的所述至少一个装置是以机械的方式起作用的能量转换器和/或以热力的方式起作用的能量转换器和/或以化学的方式起作用的能量转换器，促成了根据本发明的优点：能够确定所述转化的实施、例如所述转化的速度和/或所述转化的效率。因为机械的、热力的和化学的过程本身已知并且能够受控地来调设，所以所述转化的实施的确定是可行的。

根据本发明的下一种优选的实施方式，所述以机械的方式起作用的能量转换器是下述电驱动装置，所述电驱动装置与以机械的方式工作的负载处于有效连接之中。在此，所述以机械的方式工作的负载尤其是飞轮、涡轮机、适用于使弹性体变形的装置、液压装置或者气动装置。

根据本发明的另一种有利的实施方式，所述以机械的方式工作的负载以及尤其所述涡轮机适用于产生空气流，其中所述空气流尤其指向所述电池系统的至少一个组件。下述情况：所述以机械的方式工作的负载以及尤其所述涡轮机适用于产生空气流，其中所述空气流尤其指向所述电池系统的至少一个组件，促成了根据本发明的优点：能够对所述电池系统的至少一个组件进行冷却。通过对所述电池系统的至少一个组件进行冷却这种方式，进一步提高了在使用所述电池系统时的安全性。提高所述安全性的背景是，在可能损坏的电池系统中对所述电池系统的组件的加热可能引起损坏的状态，并且此外可能引起对于所述电池系统的其它组件和/或所述电池系统本身的损害的进一步提高。通过对所述至少一个组件进行冷却这种方式，在总体上降低了对于所述电池系统的进一步的损害的可能性。

根据本发明另一种有利的实施方式，所述以热力的方式起作用的能量转换器是以电热的方式起作用的装置、尤其欧姆电阻或者帕尔帖元件。

以电热的方式起作用的装置是下述装置，所述装置适用于将电能转化为热能。所述以电热的方式起作用的装置与以电热的方式反应的物质处于有效连接之中，所述以电热的方式反应的物质尤其是气态的、液态的或者固态的以电热的方式反应的物质。

欧姆电阻或者帕尔帖元件的使用促成了根据本发明的优点：能够受控地并且预先确定地实施热力的转化。所述受控制的和预先确定的实施的背景是，不仅欧姆电阻而且帕尔帖元件的物理特性和化学特性以及技术特性已知。此外，对于不仅所述欧姆电阻而且所述帕尔帖元件的运行来说，既不需要致冷剂也不需要冷却剂。

根据本发明的下一种优选的实施方式，对于涉及液态的、以电热的方式反应的物质这种情况来说，所述以电热的方式起作用的装置适用于使所述液态的、以电热的方式反应的物质蒸发。

根据本发明的另一种有利的实施方式，对于涉及固态的、以电热的方式反应的物质这种情况来说，所述以电热的方式起作用的装置适用于使所述固态的、以电热的方式反应的物质升华或者熔化。所述固态的、以电热的方式反应的物质例如能够是石蜡或者是基于NaCl的凝胶。

根据本发明的另一种有利的实施方式，所述以热力的方式起作用的能量转换器适用于对所述电池系统的至少一个组件进行冷却。下述情况：所述以热力的方式起作用的能量转换器适用于对所述电池系统的至少一个组件进行冷却，促成了根据本发明的优点：进一步了提高在使用损坏的电池系统时的安全性。

根据本发明的下一种优选的实施方式，所述以化学的方式起作用的能量转换器是电化学的执行器，其中所述执行器适用于通过电能引起化学反应。在此，所述电化学的执行器与以化学吸热的方式反应的物质处于有效连接之中。对于以化学吸热的方式反应的物质来说，示例性的是三水合氯化锂（Lithiumchloridtrihydrat）、三水合硝酸锂（Lithiumnitrattrihydrat）或者十水合碳酸钠（Natriumcarbonatdecahydrat）。对于将电能转化为非电能这种情况来说，所述以化学吸热的方式反应的物质接收所述非电能。

根据本发明的另一种有利的实施方式，所述以化学的方式起作用的能量转换器适用于对所述电池系统的至少一个组件进行冷却。下述情况：所述以化学的方式起作用的能量转换器适用于对所述电池系统的至少一个组件进行冷却，促成了根据本发明的优点：进一步提高了在使用损坏的电池系统时的安全性。

根据本发明的另一种优选的实施方式，所述至少一个装置以传递能量的方式连接到能量存储装置上。在此，所述能量存储装置适用于接收并且存储非电能。下述情况：所述至少一个装置以传递能量的方式连接到能量存储装置上，促成了根据本发明的优点：能够受控地存储所产生的非电能。通过受控地存储所产生的非电能这种方式，在极大程度上避免了通过所产生的非电能对于所述电池系统的可能的损害或者对于处于所述电池系统的环境中的生物或者物体的损害。

根据本发明的另一种有利的实施方式中，所述电池系统具有控制装置，其中所述控制装置适用于控制所述至少一个装置。在此，所述控制装置适用于：尤其根据所述电池系统的状态和/或负载装置的状态来控制所述至少一个装置，在所述负载装置中使用所述电池系统。对于负载装置来说，示例性的是车辆、尤其机动车。

下述情况：所述电池系统具有控制装置，其中所述控制装置适用于：尤其根据所述电池系统的状态和/或负载装置的状态来控制所述至少一个装置，在所述负载装置中使用所述电池系统，促成了根据本发明的优点：能够根据所述电池系统的状态和/或负载装置的状态按照需求来操控所述至少一个装置。由此避免了将电能不必要地转化为非电能。此外，能够确定有待转化的电能的份额。所述有待转化的电能的份额能够根据所述电池系统的损害的程度来确定。

附图说明

下面借助于实施例对本发明进行阐述，从所述实施例能够得出其它有独创性的特征，但是本发明不局限于所述实施例。所述实施例在附图中示出。其中：

图1示出了根据第一种实施方式的根据本发明的电池系统的示意图，所述电池系统具有至少一个用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个放电装置；

图2示出了根据第二种实施方式的根据本发明的电池系统的示意图，所述电池系统具有至少一个用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个放电装置；并且

图3示出了根据第三种实施方式的根据本发明的电池系统的示意图，所述电池系统具有至少一个用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个放电装置。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了根据第一种实施方式的根据本发明的电池系统、尤其锂离子电池系统，所述电池系统具有至少一个适用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个适用于所述电池系统的放电的放电装置。用B来表示所述电池系统。所述电池系统B能够包括电池装置BV；所述电池装置BV是所述电池系统B的真正的电化学的能量存储器。所述电池装置BV尤其能够是包含至少一个电池单池的电池模块或者是电池单池本身。所述电池装置BV的内壁例如能够具有表面结构，其中所述表面结构有利于热量传递。为此目的，所述表面结构能够构设成波状或者片状或者根据分形几何来构设。

用VV来表示负载装置。所述电池系统B例如用在所述负载装置VV的内部。所述负载装置VV例如能够是车辆、尤其机动车。

用EV来表示放电装置，其中所述放电装置EV适用于所述电池系统B的放电。用V来表示至少一个用于提高在使用所述电池系统B时的安全性的装置。所述至少一个装置V适用于将所述电池系统B的电能转化为非电能。用EL来表示能量传导装置。所述能量传导装置EL适用于将通过所述至少一个装置V所产生的非电能排出到在所述电池系统B外部的空间区域中。用ES来表示能量存储装置。所述能量存储装置ES优选处于所述电池系统B的外部并且适用于接收并且存储尤其通过所述能量传导装置EL传递的非电能。

用SV来表示控制装置。所述控制装置SV适用于控制所述至少一个装置V。用所述控制装置SV能够操控所述至少一个装置V并且启动转化所述电池系统B的电能的过程。转化的过程能够根据所述电池系统B的状态以及例如所述电池装置BV的状态来启动。为了确定所述电池系统B的状态或者所述电池装置BV的状态，能够使用至少一个传感器S。所述传感器S优选适用于：确定所述电池系统B的或者所述电池装置BV的电参量、例如流经所述电池系统B的或者所述电池装置BV的导线的电流或者施加在所述电池系统B的或者所述电池装置BV的两个极之间的电压。所述至少一个传感器S例如也适用于：检测并且确定在所述电池系统B或者所述电池装置BV内部存在的压力和/或温度，或者检测并且确定在所述电池系统B或者所述电池装置BV内部的气体产生或者液体流出的出现。所述传感器S尤其能够是压力传感器或者温度传感器。为了验证下述情况：在所述电池装置BV的内部出现气体产生或者液体溢出，所述传感器S尤其能够是气体传感器或者液体传感器；对于不仅气体产生而且液体溢出的出现的验证也能够借助于压力传感器来实施。借助于压力传感器来探测的背景是，伴随着在所述电池装置BV的内部的气体产生或者液体溢出，会在所述电池装置BV的内部出现压力的变化。由所述至少一个传感器 S以传感器的方式获取的、关于所述电池系统B的或者所述电池装置BV的物理的状态参量的信息例如能够借助于分析装置A来处理并且尤其经受阈值比较。根据所述阈值比较，能够通过所述控制装置SV来启动电能到非电能的转化。此外，能够用所述控制装置SV来尤其调设有待转化的电能的份额。用K来表示所述电池系统B的另外的组件，所述另外的组件K能够是另外的其它电池装置或者是另外的其它控制装置。

此外，例如在所述负载装置VV的安全性危急的状态的情况下，能够在外部操控所述至少一个装置V。外部的操控在此能够自动地通过所述负载装置VV的安全装置或者例如借助于输入装置通过人来进行；所述输入装置例如能够布置在所述负载装置VV的内部和/或外部。如果所述负载装置VV是车辆并且尤其是机动车，那么所述安全装置尤其能够是安全气囊控制仪或者是雷达传感器。此外，所述控制装置SV能够适用于将关于所述装置V已经被操控这种情况的信息传输给在所述电池系统B外部的安全装置。在所述电池系统B外部的安全装置例如能够是车辆中的HMI接口或者是车辆上的报警装置例如喇叭装置、报警闪光器或者探照灯。

对于下述情况来说：所述装置V是以热力的方式或者以化学的方式起作用的能量转换器，其中所述以热力的方式起作用的能量转换器是以电热的方式起作用的能量转换器，并且所述以化学的方式起作用的能量转换器是电化学的执行器，所述电化学的执行器与以化学吸热的方式反应的物质处于有效连接之中，那么所述以电热的方式起作用的装置或者所述以化学吸热的方式反应的物质或者容器具有形状为球体、二十面体或者十二面体的表面，在所述容器中布置了所述以化学吸热的方式反应的物质。此外，所述容器的表面能够具有波状或者片状的结构或者分形的（fraktal）表面。

在图2中示意性地示出了根据替代的第二种实施方式的根据本发明的电池系统、尤其锂离子电池系统，所述电池系统具有至少一个适用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个适用于所述电池系统的放电的放电装置。用B来表示所述电池系统。所述电池系统B包含至少一个电池单池1。一定数量的电池单池1由至少一个模块控制器2在物理的参量方面来监控。所述物理的参量能够是流经所述至少一个电池单池1的导线的电流或者是施加在所述至少一个电池单池1 的两个极之间的电压。此外，所述至少一个模块控制器2适用于测量在所述至少一个电池单池1内部和/或外部的温度。除此以外，所述模块控制器2适用于对至少两个电池单池1之间的充电状态进行补偿。至少一个模块控制器2借助于总线系统、尤其CAN——Controller Area Network：控制器局域网络——与电池控制仪3相连接。此外，另外的电流传感器4能够与所述电池控制仪3相连接。所述另外的电流传感器4能够是霍尔传感器或者是分流式传感器（Shuntsensor）。通过所述另外的电流传感器4、尤其霍尔传感器或者分流式传感器，能够借助于独立的测量来对借助于所述模块控制器2所确定的电流进行检查和验证。

所述电池控制仪3适用于控制主接触器5和预充接触器（Vorladeschütz）7。在预充支路中设置了预充电阻8。所述预充接触器7和所述预充电阻8用于以限流的方式为在所述电池系统B外部的、未示出的中间回路电容充电。

此外，在所述电池系统的主电路中设置了熔断保险丝6。

此外，设置了开关9和至少一个用于将所述电池系统B的电能转化为非电能的装置V。所述开关9用于操作所述至少一个装置V。所述开关9尤其能够是用烟火的（pyrotechnisch）闭锁开关（Schließschalter）。所述开关9尤其能够由所述电池控制仪3来操控。所述开关9的操控例如能够根据所述电池系统B的状态或者负载装置的状态来进行，在所述负载装置中使用所述电池系统B。如果所述负载装置例如是车辆、优选机动车，那么所述开关9的操控能够根据所探测到的车辆事故来进行。为了探测车辆事故，能够从车辆系统接收数据、例如来自雷达测量或者来自所述车辆的ESP系统的数据。

优选在操纵所述开关9之前断开至少一个主接触器5，以便由此禁止可能的、来自所述电池系统B的通过电流。作为补充方案或者替代方案，所述装置V和用于操作所述装置V的开关能够布置在所述电池系统B的外部。所述装置V尤其也能够在没有通过所述开关9进行操控的情况下并且例如根据在所述电池系统的内部或者外部存在的压力或者温度来将所述电池系统B的电能转化为非电能，当所述装置V是以热力的方式或者以化学的方式起作用的能量转换器时，那么优选进行上述转化。对于下述情况来说：所述装置是以热力的方式或者以化学的方式起作用的能量转换器，其中所述以热力的方式起作用的能量转换器是以电热的方式起作用的装置，并且所述以化学的方式起作用的能量转换器是电化学的执行器，所述电化学的执行器与以化学吸热的方式反应的物质处于有效连接之中，那么所述以电热的方式起作用的装置或者所述以化学吸热的方式反应的物质或者容器具有形状为球体、二十面体或者十二面体的表面，在所述容器中布置了所述以化学吸热的方式反应的物质。此外，所述容器的表面能够具有波状或者片状的结构或者分形的表面。

除此以外，所述以化学吸热的方式反应的物质——尤其当这些物质是三水合氯化锂、三水合硝酸锂或者十水合碳酸钠时——能够布置在至少一个载体装置中。在此，所述至少一个载体装置优选布置在至少一个电池单池1与至少一个另外的电池单池1之间。所述至少一个载体装置例如能够由硅酮泡沫或者聚氨酯泡沫构成并且优选具有蜂窝状的结构。通过将所述以化学吸热的方式反应的物质布置在所述至少一个载体装置中这种方式，能够吸收所产生的热量并且在极大程度上禁止了所述热量从所述至少一个电池单池1扩散到所述至少一个另外的电池单池1。所述以化学吸热的方式反应的物质优选与氢氧化铝一起布置在所述至少一个载体装置中。在正常的运行情况下，所述载体装置防止：可能在至少一个电池单池1中产生的热量扩散到另外的电池单池1。在将电能转化为非电能的情况下，所述非电能能够存储在所述载体装置的内部。

所述载体装置例如能够布置在所述电池单池1的单池壳体的内部。如果所述电池系统B具有至少一个电池模块，其中所述至少一个电池模块包含至少一个电池单池1，那么所述载体装置优选能够布置在所述至少一个电池模块的壳体中。如果所述电池系统B具有至少一个电池组，其中所述至少一个电池组包含至少一个电池模块，那么所述载体装置优选能够布置在所述至少一个电池组的壳体中。如果所述电池系统B具有至少一个电子装置，那么所述载体装置优选能够布置在所述至少一个电子装置的壳体中。

在图3中示意性地示出了根据替代的第三种实施方式的根据本发明的电池系统、尤其锂离子电池系统，所述电池系统具有至少一个适用于提高在使用所述电池系统时的安全性的装置并且具有至少一个适用于所述电池系统的放电的放电装置。用B来表示所述电池系统。根据该实施方式，所述装置V和所述开关9布置在所述至少一个电池单池1的内部。用T1和T2来表示所述电池单池1的端子。为了操控所述开关9，设置了同样布置在所述至少一个电池单池1的内部并且用31来表示的控制单元。通过所述装置V所产生的非电能能够传递到能量存储器ES上并且由该能量存储器来存储。所述装置V尤其也能够在没有通过所述开关9进行操控的情况下并且例如根据上升的压力和上升的温度来将所述电池系统B的电能转化为非电能，当所述装置V是以热力的方式或者以化学的方式起作用的能量转换器时，那么优选进行上述转化。如果涉及以化学的方式起作用的能量转换器，其中所述以化学的方式起作用的能量转换器是执行器，所述执行器与以化学吸热的方式反应的物质处于有效连接之中，并且其中所述以化学吸热的方式反应的物质尤其是三水合氯化锂、三水合硝酸锂或者十水合碳酸钠，那么这些以化学吸热的方式反应的物质尤其能够与氢氧化铝一起布置在硼酸晶片上或者布置在编织基体（Geflechtsmatrix）的内部。通过所述以化学吸热的方式反应的物质的这种布置方式，能够尽可能有效地进行能量转化。