DE102012006202A1 - Batterie mit zumindest zwei elektrochemischen Energiewandlern sowie Verfahren zum Betrieb dieser Batterie - Google Patents

Abstract

Batterie (1) mit einer Wandleranordnung (2), welche zumindest zwei elektrochemische Energiewandler aufweist, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher (31) zur Verfügung zu stellen, wobei die Energiewandler miteinander elektrisch insbesondere in Reihe verschaltet sind, wobei die Wandleranordnung (2) zwei Anordnungsanschlüsse (6, 6a) unterschiedlicher Polarität aufweist, an welchen eine Anordnungsspannung anliegt, wobei die Anordnungsspannung der elektrische Spannung der Wandleranordnung (2) entspricht, mit zwei Batterieanschlüssen (3, 3a) unterschiedlicher Polarität, welche zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher (21) vorgesehen sind, welche zumindest zeitweise mit den Anordnungsanschlüssen (6, 6a) elektrisch verbunden sind, mit einer Funktionseinrichtung (5, 5a), welche vorgesehen ist, zumindest mittelbar mit diesen Anordnungsanschlüssen (6, 6a) unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei im ersten Zustand die mit der Funktionseinrichtung (5, 5a) verbundenen Anordnungsanschlüsse (6, 6a) unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert und im zweiten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest zwei elektrochemischen Energiewandlern sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Batterie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung von KFZ-Antrieben beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch unabhängig von der Bauart der Batterie, der Chemie der elektrochemischen Energiewandler oder unabhängig von der Art des versorgten Antriebs Verwendung finden kann.
• Aus dem Stand der Technik sind Batterien mit mehreren elektrochemischen Energiewandlern zur Versorgung von KFZ-Antrieben bekannt. Üblicherweise sind die elektrochemischen Energiewandler untereinander elektrisch verschaltet, insbesondere zur Erhöhung der Batteriespannung, der Batterieleistung oder der Reichweite des von der Batterie versorgten Kraftfahrzeugs.
• Insbesondere bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen, aber nicht nur dort, kommt es bei solchen Batterien besonders auf die Betriebssicherheit an.
• Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, Batterien mit erhöhter Betriebssicherheit zur Verfügung zu stellen.
• Die Aufgabe wird durch eine Batterie gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Betriebsverfahren gemäß Anspruch 8 für eine Batterie. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Eine erfindungsgemäße Batterie weist eine Wandleranordnung mit zumindest zwei oder mehreren elektrochemischen Energiewandlern auf. Diese Wandleranordnung ist vorgesehen, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Innerhalb dieser Wandleranordnung sind zumindest zwei dieser Energiewandler miteinander elektrisch verschaltet, insbesondere in Reihenschaltung. Die Wandleranordnung weist zwei Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf. An diesen Anordnungsanschlüssen liegt die Anordnungsspannung an, wobei die Anordnungsspannung der elektrischen Spannung der Wandleranordnung bzw. der verschalteten Energiewandler entspricht. Die Batterie weist zwei Batterieanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf, welche zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher vorgesehen sind. Zumindest zeitweise sind die Batterieanschlüsse mit den Anordnungsanschlüssen elektrisch verbunden. Dann liegt die Anordnungsspannung an den Batterieanschlüssen an. Die Batterie weist zumindest eine oder mehrere Funktionseinrichtungen auf. Zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen ist vorgesehen, zumindest mittelbar mit diesen Anordnungsanschlüssen unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein. Zumindest eine oder mehrere dieser Funktionseinrichtungen sind vorgesehen, aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden. Im ersten Zustand sind die mit der Funktionseinrichtung verbundenen Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert. Im zweiten Zustand sind die mit der Funktionseinrichtung verbundenen Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbunden.
• Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung insbesondere im zweiten Zustand einen vorbestimmten elektrischen Widerstand [Ω] auf. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Entladestrom, welcher der Wandleranordnung im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung entnehmbar ist, durch die Funktionseinrichtung begrenzbar ist. So ist auch die elektrische Heizleistung begrenzbar. Besonders bevorzugt ist der elektrische Widerstand an die elektrische Spannung der Wandleranordnung derart angepasst, dass die Heizleistung im Widerstand im zweiten Zustand auf höchstens 500 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 200 W, weiter bevorzugt auf höchstens 100 W, weiter bevorzugt auf höchstens 50 W, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 5 W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W, weiter bevorzugt auf höchstens 1 W. Somit bewirkt ein Entladestrom, welcher im zweiten Zustand durch die Funktionseinrichtung fließt, lediglich eine begrenzte Herzleistung. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einer beschleunigten thermischem Alterung der Wandleranordnung bzw. eines ihrer Energiewandler begegnet ist.
• Vorzugsweise weist die Wandleranordnung zumindest einen Wandabschnitt auf, welcher zur Begrenzung der Wandleranordnung insbesondere gegenüber deren Umgebung vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist der zumindest eine Wandabschnitt Teil eines Gehäuses eines dieser Energiewandler oder eines Gehäuses um die Wandleranordnung. Die Funktionseinrichtung deckt diesen Wandabschnitt zumindest bereichsweise ab. Besonders bevorzugt deckt die Funktionseinrichtung diesen Wandabschnitt im wesentlichen vollständig ab. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Betriebssicherheit der Wandleranordnung unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers verbessert ist. Besonders bevorzugt ist die Funktionseinrichtung benachbart zu diesem Wandabschnitt angeordnet.
• Vorzugsweise sind zumindest eine oder mehrere dieser Energiewandler, besonders bevorzugt sämtliche dieser Energiewandler als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet. Unter einem elektrochemischen Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und abzuspeichern. Weiter ist dieser Energiespeicher ausgestaltet, vor der Bereitstellung elektrischer Energie gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil vereinfachter Bauart, indem auf die Zufuhr eines brennbaren Prozessfluids verzichtet werden kann.
• Wenn ein Fremdkörper auf die erfindungsgemäße Batterie, insbesondere auf zumindest einen dieser elektrochemischen Energiewandler der erfindungsgemäßen Batterie einwirkt oder in diese eindringt, beispielsweise bei einem Unfall insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dann kann der Energiewandler beschädigt werden. Es ist beobachtet worden, dass eine Batterie insbesondere nach einer Beschädigung insbesondere eines ihrer Energiewandler unkontrolliert Energie an die Umgebung abgibt. Die erfindungsgemäße Batterie bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung im zweiten Zustand durch ihren elektrischen Widerstand die Energieabgabe aus der beschädigten Batterie bzw. aus dem beschädigten Energiewandler begrenzt bzw. kontrolliert. Die erfindungsgemäße Batterie bietet den Vorteil, dass die kontrollierte Energieabgabe aus der Wandleranordnung bereits bei Beschädigung lediglich einer dieser Funktionseinrichtungen durch den Fremdkörper ermöglicht ist. Die erfindungsgemäße Batterie bietet den Vorteil, dass die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige Funktionseinrichtung als zweiter Strompfad zur Verringerung der in der Batterie bzw. Wandleranordnung gespeicherten Energie dient, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die Wandleranordnung eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. So wird die in dieser Wandleranordnung gespeicherte Energie verringert, die Betriebssicherheit der Wandleranordnung und damit die Betriebssicherheit der übergeordneten Batterie erhöht und die zu Grunde liegende Aufgabe gelöst.
• Unter einem elektrochemischen Energiewandler im Sinne der Erfindung ist einer Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Dazu weist der elektrochemischen Energiewandler eine Elektrodenbaugruppe auf. Unter einer Elektrodenbaugruppe im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie dient. Die Elektrodenbaugruppe weist zumindest zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Diese Elektroden unterschiedlicher Polarität sind durch einen Separator beabstandet, wobei der Separator für Ionen leitfähig ist, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe mit zwei dieser Stromleiteinrichtungen unterschiedlicher Polarität insbesondere stoffschlüssig verbunden, welche zur elektrischen Verbindung mit zumindest einer benachbarten Elektrodenbaugruppe und/oder zumindest mittelbar der elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher dienen.
• Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie eine Aktivmasse auf. Die Aktivmasse ist auf die Kollektorfolie zumindest einseitig aufgetragen. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Strom je Ableiterfahne verringert ist.
• Vorzugsweise weist zumindest eine dieser Elektroden eine insbesondere metallische Kollektorfolie sowie zwei Aktivmassen unterschiedlicher Polarität auf, welche auf verschiedenen Flächen der Kollektorfolie angeordnet und durch die Kollektorfolie beabstandet sind. Für diese Anordnung von Aktivmassen ist auch der Begriff „Eizelle” üblich. Beim Laden oder Entladen der Elektrodenbaugruppe werden Elektronen zwischen der Kollektorfolie und Aktivmasse ausgetauscht. Vorzugsweise ist mit der Kollektorfolie zumindest eine Ableiterfahne insbesondere stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt sind mit der Kollektorfolie mehrerer Ableiterfahnen insbesondere stoffschlüssig verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Zahl der Elektronen, welche je Zeiteinheit durch eine Ableiterfahne fließen, verringert ist.
• Zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität sind in der Elektrodenbaugruppe durch einen Separator beabstandet. Der Separator ist für Ionen durchlässig, nicht aber für Elektronen. Vorzugsweise enthält der Separator zumindest einen Teil des Elektrolyts bzw. des Leitsalzes. Vorzugsweise ist der Elektrolyt insbesondere nach dem Verschließen des Energiewandlers im Wesentlichen ohne flüssigen Anteil ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitsalz Lithiumionen auf. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
• Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und als chemische Energie zu speichern. Die Elektrodenbaugruppe ist vorzugsweise ausgestaltet, insbesondere gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln, bevor die Elektrodenbaugruppe diese elektrische Energie einem Verbraucher zur Verfügung stellt. Man spricht dann auch von einer wiederaufladbaren Elektrodenbaugruppe. Besonders bevorzugt werden Lithiumionen beim Laden in die negative Elektrode eingelagert bzw. interkaliert und beim Entladen wieder ausgelagert.
• Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenwickel ausgebildet, insbesondere als im Wesentlichen zylindrischer Elektrodenwickel. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit insbesondere dadurch, dass bandförmige Elektroden verarbeitet werden können. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Ladekapazität der Elektrodenbaugruppe, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch weitere Wicklungen erhöht werden kann. Vorzugsweise ist die Elektrodenbaugruppe als Elektrodenflachwickel ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser raumsparend neben einem weiteren Elektrodenflachwickel insbesondere innerhalb einer Batterie angeordnet werden kann.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Elektrodenbaugruppe wiederaufladbar. Der Elektrodenstapel weist eine vorbestimmte Abfolge von Stapelblättern auf, wobei je zwei Elektrodenblätter unterschiedlicher Polarität von einem Separatorblatt getrennt sind. Vorzugsweise ist jedes Elektrodenblatt mit einer Stromleiteinrichtung insbesondere stoffschlüssig verbunden, besonders bevorzugt einstückig mit der Stromleiteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise sind Elektrodenblätter gleicher Polarität insbesondere über eine gemeinsame Stromleiteinrichtung miteinander elektrisch verbunden. Diese Ausgestaltung der Elektrodenbaugruppe bietet den Vorteil, dass die Ladekapazität der Elektrodenbaugruppe, beispielsweise in Amperestunden [Ah] oder Wattstunden [Wh], seltener in Coulomb [C] angegeben, auf einfache Weise durch Hinzufügen weiterer Elektrodenblätter erhöht werden kann. Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Separatorblätter miteinander verbunden und umschließen eine begrenzende Kante eines Elektrodenblattes. Eine derartige Elektrodenbaugruppe mit einem einzelnen, insbesondere mäanderförmigen Separator ist in der WO 2011/020545 beschrieben. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem parasitären Strom, ausgehend von dieser begrenzenden Kante zu einem Elektrodenblatt anderer Polarität, begegnet ist.
• Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung ist die Elektrodenbaugruppe als Wandlerbaugruppe ausgebildet. Die Wandlerbaugruppe kann elektrische Energie unter Aufnahme zweier kontinuierlich zugeführter Prozessfluide, deren chemische Reaktion zu einem Edukt, insbesondere unterstützt durch zumindest einen Katalysator, und Abgabe des Eduktes bereitstellen. Unter einem Prozessfluid sind insbesondere ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel zu verstehen. Die Wandlerbaugruppe ist als im wesentlichen quaderförmiger Elektrodenstapel ausgebildet und weist zumindest zwei insbesondere blattförmige Elektroden unterschiedlicher Polarität auf. Vorzugsweise ist zumindest die erste Elektrode zumindest bereichsweise mit einem Katalysator beschichtet. Die Elektroden sind beabstandet, vorzugsweise durch einen Separator bzw. eine Membran, welcher einen Elektrolyt enthält und welcher für Ionen durchlässig ist, nicht aber für Elektronen. Weiter weist der Energiewandler zwei Fluidführungseinrichtungen auf, welche jeweils benachbart zu den Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet sind und vorgesehen sind, den Elektroden die Prozessfluide zuzuführen. Der Energiewandler weist zumindest eine der Abfolgen auf: Fluidführungseinrichtung für das erste Prozessfluid – Elektrode erster Polarität – Membran – Elektrode zweite Polarität – Fluidführungseinrichtung für das zweite Prozessfluid. Vorzugsweise sind mehrere dieser Abfolgen für erhöhte elektrische Spannung in Reihe geschaltet. Während des Betriebs des Energiewandlers wird das erste Prozessfluid der ersten Elektrode zugeführt, Insbesondere als Fluidstrom durch Kanäle der ersten Fluidführungseinrichtung. An der ersten Elektrode wird das erste Prozessfluid unter Abgabe von Elektronen ionisiert. Die Elektronen werden über die Elektrode abgeführt, insbesondere über eine der Stromleiteinrichtungen, insbesondere in Richtung eines elektrischen Verbrauchers oder eines benachbarten Energiewandlers. Das ionisierte erste Prozessfluid wandert durch die für Ionen durchlässige Membran zur zweiten Elektrode. Das zweite dieser Prozessfluide wird der zweiten Elektrode zugeführt, insbesondere als Fluidstrom durch Kanäle der zweiten Fluidführungseinrichtung. An der zweiten Elektrode treffen zusammen: das zweite Prozessfluid, das ionisierte erste Prozessfluid sowie Elektronen von dem elektrischen Verbraucher oder eines benachbarten Energiewandlers. An der zweiten Elektrode erfolgt eine chemische Reaktion zum Edukt, welches vorzugsweise durch Kanäle der zweiten Fluidführungseinrichtung abgeführt wird.
• Unter einer Wandleranordnung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung zu stellen. Die Wandleranordnung weist zumindest zwei elektrochemische Energiewandler auf, wobei die Energiewandler miteinander elektrisch insbesondere in Reihe verschaltet sind. Vorzugsweise weist die Wandleranordnung zumindest vier Energiewandler insbesondere in Reihenschaltung auf. Vorzugsweise weist die Wandleranordnung eine Reihenschaltung von so vielen Energiewandlern auf, dass sich eine Spannung der Wandleranordnung von mindestens 12 V ergibt, weiter bevorzugt von mindestens 24 V, weiter bevorzugt von mindestens 36 V, weiter bevorzugt von mindestens 48 V, weiter bevorzugt von mindestens 60 V, weiter bevorzugt von mindestens 72 V, weiter bevorzugt von mindestens 84 V, weiter bevorzugt von mindestens 96 V. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Versorgung eines Elektromotors insbesondere eines versorgten Kraftfahrzeugs mit einer höheren Spannung und bei geringerer Stromstärke mit Zuleitungen geringeren Querschnitts und geringeren Gewichts ermöglicht ist.
• Die Wandleranordnung weist zwei Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf. An diesen Anordnungsanschlüssen liegt die Anordnungsspannung an, wobei die Anordnungsspannung der elektrischen Spannung der Wandleranordnung bzw. der verschalteten Energiewandler entspricht. Vorzugsweise sind die Anordnungsanschlüsse zur elektrischen Verbindung mit Zuleitungen als Klemmen, als rotationssymmetrische Vorsprünge oder als insbesondere verschweißbare Flächen ausgebildet. Die Anordnungsanschlüsse sind mit den Batterieanschlüssen verbindbar. Vorzugsweise sind die Anordnungsanschlüsse zumindest zeitweise mit den Batterieanschlüssen verbunden. Dann liegt die Anordnungsspannung auch an den Batterieanschlüssen an.
• Vorzugsweise weist die Wandleranordnung mehrere Speichergruppen auf, wobei eine Speichergruppe mehrere, miteinander verschaltete Energiewandler aufweist. In einer Speichergruppe sind mehrere dieser Energiewandler elektrisch miteinander verschaltet, vorzugsweise in Reihe, wobei die Spannung der Speichergruppe, insbesondere deren Klemmenspannung zumindest zeitweise wenigstens mindestens 12 V beträgt, weiter bevorzugt mindestens 24 V, weiter bevorzugt mindestens 36 V, weiter bevorzugt mindestens 48 V, weiter bevorzugt mindestens 60 V, weiter bevorzugt mindestens 72 V, weiter bevorzugt mindestens 84 V, weiter bevorzugt mindestens 96 V. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Versorgung eines Elektromotors insbesondere eines versorgten Kraftfahrzeugs mit einer höheren Spannung und bei geringerer Stromstärke mit Zuleitungen geringeren Querschnitts und geringeren Gewichts möglich ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Wandleranordnung sind mehrere Speichergruppen untereinander in Reihe für eine erhöhte Anordnungsspannung und/oder untereinander parallel für erhöhten elektrischen Strom der Wandleranordnung verschaltet. Besonders bevorzugt sind mehrere Speichergruppen miteinander der ausgestaltet, dass die Anordnungsspannung wenigstens 400 V beträgt. Diese bevorzugte Wandleranordnung weist zwei dieser Anordnungsanschlüsse auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil verbesserter Fahrleistungen eines versorgten Kraftfahrzeugs.
• Unter einem Batterieanschluss im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere dazu dient, zumindest zeitweise mit einem der Anordnungsanschlüsse verbunden zu sein. Dann weist der Batterieanschluss eines der elektrischen Potentiale der Anordnungsspannung auf. Vorzugsweise ist der Batterieanschluss zur insbesondere stoffschlüssigen Verbindung mit elektrischen Zuleitungen als Klemmen, als rotationssymmetrische Vorsprünge oder mit Flächen ausgebildet. Vorzugsweise sind zumindest zeitweise zwei dieser Batterieanschlüsse mit je einem dieser Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität elektrisch verbunden. Vorzugsweise sind diese Batterieanschlüsse aus der Umgebung der Batterie kontaktierbar.
• Unter einer Funktionseinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere vorgesehen ist, zumindest mittelbar mit diesen Anordnungsanschlüssen unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein. Die Funktionseinrichtung ist vorgesehen, in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei die Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind. Dazu sind die Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität mit der Funktionseinrichtung elektrisch verbunden. In einem ersten Zustand der Funktionseinrichtung sind die Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert. Die Funktionseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass der nicht der Batterie zugehöriger Fremdkörper, welcher aus der Umgebung auf die Batterie einwirkt, die Funktionseinrichtung in ihren zweiten Zustand überführen kann. Der Fremdkörper leitet die Überführung der Funktionseinrichtung in ihren zweiten Zustand ein insbesondere durch:
• • eine Kraft, welche der Fremdkörper auf die Batterie bzw. die Wandleranordnung ausübt, insbesondere auf deren Wandabschnitt, oder
• • eine Beschädigung der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper, oder
• • ein Eindringen des Fremdkörpers in die Funktionseinrichtung.
• Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung ausgestaltet, zumindest einen oder mehrere Wandabschnitte der Wandleranordnung im Wesentlichen vollständig zu bedecken. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung den Schutz der Wandleranordnung unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Funktionseinrichtung oder auf die Wandleranordnung verbessert ist.
• Vorzugsweise beträgt die Wandstärke der Funktionseinrichtung weniger als 1/5 der Dicke eines dieser Energiewandler. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die gravimetrische Energiedichte [Wh/kg] der Wandleranordnung durch die Funktionseinrichtung nur unwesentlich verringert ist.
• Nachfolgend werden zu bevorzugende Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
• Vorzugsweise weist die Batterie zumindest zwei dieser Funktionseinrichtungen auf, welche gegenüberliegende Wandabschnitte der Wandleranordnung besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig bedecken. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtungen den Schutz der Wandleranordnung unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Batterie oder deren Wandleranordnung verbessern.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Funktionseinrichtung zumindest einen oder mehrere erste Potentialbereiche, zumindest einen oder mehrere zweite Potentialbereiche sowie zumindest einen oder mehrere Isolierbereiche auf. Zumindest einer dieser ersten Potentialbereiche ist von einem dieser zweiten Potentialbereiche durch einen dieser Isolierbereiche elektrisch isoliert. Unter einem Potentialbereich im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche elektrisch leitfähig ist und das elektrische Potential einer der Elektroden der Elektrodenbaugruppe aufweist. Besonders bevorzugt sind jeweils einer dieser ersten Potentialbereiche und einer dieser zweiten Potentialbereiche voneinander durch einen dieser Isolierbereiche elektrisch isoliert. Zumindest einer dieser ersten Potentialbereiche dient dazu, mit zumindest einer dieser Elektroden erster Polarität elektrisch verbunden zu sein. Zumindest einer dieser zweiten Potentialbereiche dient dazu, mit zumindest einer dieser Elektroden zweiter Polarität elektrisch verbunden zu sein. Besonders bevorzugt sind sämtliche Elektroden erster Polarität mit zumindest einem dieser erstem Potentialbereiche elektrisch verbunden und sämtliche Elektroden zweiter Polarität mit zumindest einem dieser zweiten Potentialbereiche elektrisch verbunden.
• Wenn ein Fremdkörper in die Funktionseinrichtung eindringt und dabei den Isolierbereich verletzt, dann geraten die dem Isolierbereich benachbarten Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität in elektrischen Kontakt. Es wird ein Strompfad geschlossen, welcher mittelbar, d. h. über die Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität, zumindest zwei dieser Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbindet. Über diesen Strompfad kann der Wandleranordnung elektrische Energie bzw. ein Entladestrom entnommen werden. Die elektrisch leitfähigen Potentialbereiche R_P1, R_P2 und insbesondere der elektrische Kontaktwiderstand R_K zwischen diesen Potentialbereichen unterschiedlicher Polarität bilden einen summierten Widerstand R_G. Dieser summierte Widerstand R_G wirkt dem Entladestrom entgegen. Dabei kann der Kontaktwiderstand R_K deutlich größer sein als die Widerstände der Potentialbereiche R_P1, R_P2. Wenn der Kontaktwiderstand R_K den größten Anteil am summierten Widerstand R_G hat, dann wird überwiegend dort die der Wandleranordnung entnommene elektrische Energie in Wärmeenergie gewandelt. Dabei dienen die elektrisch und auch wärmeleitfähigen Potentialbereiche zur Verteilung der Wärmeenergie. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie während Ihres Betriebs, besonders innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• Vorzugsweise ist zumindest einer dieser Isolierbereiche als Isolierschicht auf einem dieser Potentialbereiche ausgebildet. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Raumbedarf der Funktionseinrichtung noch weiter reduziert ist.
• Vorzugsweise sind die Potentialbereiche und die Isolierbereiche von einem elektrisch nicht leitfähigen Beutel umgeben, besonders bevorzugt von einem Polymerbeutel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung gegenüber einem insbesondere metallischen Zellgehäuse elektrisch isoliert ist. Besonders bevorzugt weist der elektrisch nicht leitfähige Beutel ein Gewebe oder ein Gelege von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem Fremdkörper ein Eindringen in die Funktionseinrichtung ein erhöhter mechanischer Widerstand entgegengesetzt ist.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist zumindest einer dieser Potentialbereiche als Stichschutzlage bzw. stichfest ausgeführt. Dazu weist dieser Potentialbereich auf:
• • ein Gewebe oder ein Gelege von verstärkenden Fasern, insbesondere Aramidfasern, und/oder
• • zumindest einen oder mehrere metallische Einleger, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind, und/oder
• • zumindest einen oder mehrere oxidkeramische Einleger, welche vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sind.
• Die bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass dieser Potentialbereich dem Fremdkörper einen erhöhten mechanischen Widerstand gegen dessen Eindringen insbesondere in die Wandleranordnung entgegensetzt. Besonders bevorzugt ist der Potentialbereich, welcher näher zur Wandleranordnung angeordnet ist als Stichschutzlage bzw. stichfest ausgeführt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mechanische Schutz der Wandleranordnung weder die Überführung der Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand noch die Schutzwirkung der Funktionseinrichtung nicht behindert.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist zumindest einer dieser Potentialbereiche zumindest einen oder mehrere elektrische Leiter bzw. Leiterbahnen sowie einen Träger für diese Leiter bzw. Leiterbahnen auf. Vorzugsweise weisen diese elektrischen Leiter Aluminium und/oder Kupfer auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Menge bzw. das Gewicht des Potentialbereichs verringert ist.
• Vorzugsweise erstrecken sich diese elektrischen Leiter bzw. Leiterbahnen entlang einer Kante des Potentialbereichs mit einer vorbestimmten Querschnittsfläche. Auch über die Bemessung der Querschnittsfläche ist der elektrische Widerstand des Potentialbereichs einstellbar. Vorzugsweise weisen die elektrischen Leiter je einen Widerstand von wenigstens 0,1 Ω auf, insbesondere in dem deren Querschnitte entsprechend bemessen sind. Vorzugsweise sind die elektrischen Leiter bzw. Leiterbahnen untereinander elektrisch und mit zumindest einer dieser Elektroden verbunden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der elektrische Widerstand des Potentialbereichs bzw. der Funktionseinrichtung einstellbar ist.
• Wenn ein Fremdkörper in die Funktionseinrichtung eindringt und dabei den Isolierbereich verletzt, dann geraten die dem Isolierbereich benachbarten Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität in elektrischen Kontakt. Es wird ein Strompfad geschlossen, welcher mittelbar, d. h. über die Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität, zumindest zwei dieser Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbindet. Über diesen Strompfad kann der Wandleranordnung elektrische Energie bzw. ein Entladestrom entnommen werden. Die elektrisch leitfähigen Potentialbereiche R_P1, R_P2 und insbesondere der elektrische Kontaktwiderstand R_K zwischen diesen Potentialbereichen unterschiedlicher Polarität bilden einen summierten Widerstand R_G. Dieser summierte Widerstand R_G wirkt dem Entladestrom entgegen. Dabei kann der Kontaktwiderstand R_K deutlich größer sein als die Widerstände der Potentialbereiche R_P1, R_P2. Wenn der Kontaktwiderstand R_K den größten Anteil am summierten Widerstand R_G hat, dann wird überwiegend dort die der Wandleranordnung entnommene elektrische Energie in Wärmeenergie gewandelt. Dabei dienen die elektrisch und auch wärmeleitfähigen Potentialbereiche zur Verteilung der Wärmeenergie. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie während Ihres Betriebs, besonders innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist dieser Isolierbereich zumindest eine oder mehrere Ausnehmungen auf, welche der elektrischen Berührung des ersten Potentialbereichs mit dem zweitem Potentialbereiche dienen. Indem der Fremdkörper diese Funktionseinrichtung verformt, insbesondere den der Umgebung zugewandten Potentialbereich, kann eine elektrischen Berührung des ersten Potentialbereichs und des zweitem Potentialbereichs durch eine dieser Ausnehmungen auch ohne Eindringen des Fremdkörpers in die Funktionseinrichtung hergestellt werden. Dabei erstreckt sich zumindest einer dieser Potentialbereiche durch diese Ausnehmung in Richtung der anderen dieser Potentialbereiche. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung auch ohne das Eindringen des Fremdkörpers in den zweiten Zustand überführt werden kann, insbesondere auf eine bloße Verformung der Funktionseinrichtung. Besonders bevorzugt weist dieser Isolierbereich eine Anordnung von Ausnehmungen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung den Schutz der Wandleranordnung unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessert ist.
• Vorzugsweise weist die Funktionseinrichtung eine Substanz zur Reaktion mit Fluorwasserstoff auf, besonders bevorzugt Calciumchlorid. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass Fluorwasserstoff innerhalb des Zellgehäuses gebunden werden kann.
• Eine erste bevorzugte Ausführungsform dieser Funktionseinrichtung weist einen ersten Potentialbereich und einen zweiten Potentialbereich auf, welche vorzugsweise als Metallfolien ausgebildet sind. Der Isolierbereich ist als isolierende Folie ausgebildet, vorzugsweise als Polymerfolie oder aus Papier, und zwischen den beiden Potentialbereichen angeordnet. Die Elektroden erster Polarität sind elektrisch mit dem ersten Potentialbereich und die Elektroden zweiter Polarität mit dem zweiten Potentialbereich verbunden. Die Funktionseinrichtung ist so bemessen, dass zumindest einer dieser Wandabschnitte von der Funktionseinrichtung im wesentlichen vollständig bedeckt ist. Vorzugsweise sind die Potentialbereiche und der Isolierbereich von einem elektrisch nicht leitfähigen Beutel umgeben, besonders bevorzugt von einem Polymerbeutel. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung gegenüber einem insbesondere metallischen Zellgehäuse elektrisch isoliert ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung im Zellgehäuse nur wenig Raum einnimmt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung kostengünstig hergestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Funktionseinrichtung so bemessen, dass zumindest zwei oder drei benachbarte dieser Wandabschnitte der Wandleranordnung im Wesentlichen vollständig bedeckt sind. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtungen den Schutz der Wandleranordnung weitgehend unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Sekundärzelle bzw. deren Zellgehäuse verbessern.
• Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Funktionseinrichtung entspricht im wesentlichen der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform, wobei einer dieser Potentialbereiche, welcher der Wandleranordnung zugewandt ist, als Stichschutzlage bzw. stichfest ausgebildet ist. Weiter weist dieser Potentialbereich einen Träger auf, insbesondere eine Tragschicht, auf welchem mehrere elektrische Leiter angeordnet und dem Isolierbereich zugewandt sind.
• Die mehreren elektrischen Leiter weisen je einen vorbestimmten elektrischen Widerstand von wenigstens 0,1 Ω auf. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung einen mechanischen Schutz der Wandleranordnung bietet. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung im zweiten Zustand den Entladestrom begrenzt.
• Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Funktionseinrichtung entspricht im wesentlichen einer der vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen, wobei zumindest einer dieser Isolierbereiche zumindest eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Funktionseinrichtung auch ohne das Eindringen des Fremdkörpers in den zweiten Zustand überführt werden kann, insbesondere auf eine bloße Verformung der Funktionseinrichtung.
• Eine bevorzugte Weiterbildung der vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen der Funktionseinrichtung weist einen Stapel von ersten Potentialbereichen, zweiten Potentialbereichen und Isolierbereichen auf. Der Stapel weist mehrere Abfolgen aus einem dieser ersten Potentialbereiche, einem dieser Isolierbereiche und einem dieser zweiten Potentialbereiche auf. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass mit zunehmender Eindringtiefe des Fremdkörpers mehrere Isolierbereiche beschädigt und mehrere Strompfade ausgebildet werden, wodurch die Heizleistung des Entladestroms verteilt wird.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie einen Entladewiderstand auf, welcher insbesondere vorgesehen ist, elektrische Energie aus der Wandleranordnung in Wärmeenergie zu wandeln. Der Entladewiderstand ist zwischen einen dieser Anordnungsanschlüsse und einen dieser Potentialbereiche geschaltet. Vorzugsweise ist der Entladewiderstand insbesondere wärmeleitend mit einem dieser Wandabschnitte verbunden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Entladestrom, welcher der Wandleranordnung im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung entnehmbar ist, durch den Entladewiderstand begrenzbar ist.
• Vorzugsweise weist der Entladewiderstand insbesondere im zweiten Zustand einen vorbestimmten elektrischen Widerstand [Ω] auf. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand mindestens 0,5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 1 Ω, weiter bevorzugt mindestens 2 Ω, weiter bevorzugt mindestens 5 Ω, weiter bevorzugt mindestens 10 Ω, weiter bevorzugt mindestens 20 Ω, weiter bevorzugt mindestens 50 Ω, weiter bevorzugt mindestens 100 Ω, weiter bevorzugt mindestens 200 Ω, weiter bevorzugt mindestens 500 Ω, weiter bevorzugt höchstens 1000 Ω. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein Entladestrom, welcher der Wandleranordnung im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung entnehmbar ist, durch den Entladewiderstand begrenzbar ist. So ist auch die elektrische Heizleistung begrenzbar. Besonders bevorzugt ist der Entladewiderstand an die elektrische Spannung der Wandleranordnung derart angepasst, dass die Heizleistung im Widerstand im zweiten Zustand auf höchstens 500 W begrenzt ist, weiter bevorzugt auf höchstens 200 W, weiter bevorzugt auf höchstens 100 W, weiter bevorzugt auf höchstens 50 W, weiter bevorzugt auf höchstens 20 W, weiter bevorzugt auf höchstens 10 W, weiter bevorzugt auf höchstens 5 W, weiter bevorzugt auf höchstens 2 W, weiter bevorzugt auf höchstens 1 W. Somit bewirkt ein Entladestrom, welcher im zweiten Zustand durch den Entladewiderstand fließt, lediglich eine begrenzte Heizleistung. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einer beschleunigten thermischem Alterung der Wandleranordnung bzw. eines ihrer Energiewandler begegnet ist.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie einen Stromunterbrecher auf, welcher zwischen einen dieser Anordnungsanschlüsse und einen dieser Batterieanschlüsse insbesondere derselben Polarität geschaltet ist. Der Stromunterbrecher dient insbesondere dazu, die Wandleranordnung gegenüber der Umgebung elektrisch zu isolieren, insbesondere im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung. Der Stromunterbrecher dient insbesondere dazu, die elektrische Verbindung zwischen einem dieser Anordnungsanschlüsse und einem zugehörigen dieser Batterieanschlüsse insbesondere derselben Polarität zumindest zeitweise zu unterbrechen, vorzugsweise im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung. Der Stromunterbrecher ist insbesondere vorgesehen, aktiviert zu werden und im aktivierten Zustand die elektrische Verbindung zwischen diesem Anordnungsanschluss und dem Batterieanschluss insbesondere derselben Polarität zu unterbrechen. Dazu ist der Stromunterbrecher vorzugsweise zwischen den Anordnungsanschluss erster Polarität und den Batterieanschluss erster Polarität oder zwischen den Anordnungsanschluss zweiter Polarität und den Batterieanschluss zweiter Polarität geschaltet.
• Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Stromunterbrecher als angesteuerter Schalter ausgebildet. Vorzugsweise ist der Stromunterbrecher ausgebildet mit einem Halbleiterschalter oder mit einem Relais, welches zum Öffnen eines zugeordneten Schalters vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Stromunterbrecher von einer Batteriesteuereinrichtung angesteuert. Insbesondere im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung ist der angesteuerte Schalter zumindest zeitweise geöffnet. Der angesteuerte Schalter kann nach einem vorbestimmten Zeitintervall wieder geschlossen werden. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nach dem Schließen des Schalters die elektrische Spannung der Wandleranordnung über die Batterieanschlüsse gemessen werden kann.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stromunterbrecher mit einer insbesondere von der Batteriesteuereinrichtung angesteuerten Trenneinrichtung und einem elektrischen Leiter ausgebildet. Der elektrische Leiter ist zwischen diesen Anordnungsanschluss und diesen Batterieanschluss geschaltet. Die Trenneinrichtung ist vorgesehen, auf die elektrischen Leiter derart einzuwirken, dass dessen elektrische Leitfähigkeit weitgehend, insbesondere im wesentlichen vollständig verloren geht. Vorzugsweise ist die Trenneinrichtung ausgestaltet, den elektrischen Leiter zu zerteilen, so dass der Strompfad zwischen Anordnungsanschluss und Batterieanschluss unterbrochen ist. Die elektrische Spannung der Wandleranordnung liegt nach Eintreten des zweiten Zustands an den Batterieanschlüssen nicht mehr an. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, insbesondere auch nach schädlicher Einwirkung eines Fremdkörpers.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie zumindest einen Messfühler auf. Dieser Messfühler ist vorgesehen, einen Betriebsparameter der Batterie, insbesondere der Wandleranordnung zu erfassen. Zumindest zeitweise stellt der Messfühler ein Signal insbesondere der Batteriesteuereinrichtung zur Verfügung. Vorzugsweise ist der Messfühler ausgebildet als: Spannungsfühler, Stromfühler, Temperaturfühler bzw. Thermoelement, Drucksensor, ein Stoffsensor für einen chemischen Stoff, Gassensor, Flüssigkeitssensor, Lagesensor oder Beschleunigungssensor. Besonders bevorzugt ist der Messfühler als Temperaturfühler oder Beschleunigungssensor ausgestaltet.
• Unter einem Betriebsparameter im Sinne der Erfindung ist ein Parameter insbesondere der Wandleranordnung zu verstehen, welcher insbesondere
• • einen Rückschluss auf einen erwünschten Betriebszustand der Wandleranordnung gestattet, und/oder
• • einen Rückschluss auf einen ungeplanten bzw. unerwünschten Betriebszustand der Wandleranordnung gestattet, und/oder
• • durch einen Messfühler feststellbar ist, wobei der Messfühler zumindest zeitweise ein Signal zur Verfügung stellt, vorzugsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom insbesondere der Wandleranordnung, und/oder
• • von einer Steuereinrichtung, insbesondere einer Batteriesteuereinrichtung, verarbeitet wird, insbesondere mit einem Zielwert verknüpft wird, insbesondere mit einem anderen erfassten Parameter verknüpft wird, und/oder
• • Aufschluss über die Anordnungsspannung, den Anordnungsstrom, die Anordnungstemperatur, die Integrität der Wandleranordnung, das Freiwerden einer Substanz aus der Wandleranordnung, das Vorliegen einer Fremdsubstanz insbesondere aus der Umgebung der Wandlerordnung und/oder den Ladezustand ermöglicht, und/oder
• • eine Überführung der Wandleranordnung in einen anderen Betriebszustand nahe legt.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie eine Anzeigeeinrichtung auf. Die Anzeigeeinrichtung ist vorgesehen, insbesondere den zweiten Zustand der Funktionseinrichtung anzuzeigen und/oder eine entsprechende Information insbesondere an eine Batteriesteuerung oder einer unabhängigen Steuerung zu übermitteln. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einer Person eine Information über den Zustand der Batterie, der Wandleranordnung oder der Funktionseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.
• Besonders bevorzugt ist die Anzeigeeinrichtung ausgestaltet als: Piepser, lichtemittierende Diode, Infrarotschnittstelle, GPS-Einrichtung, GSM-Baugruppe, erste Nahfunkeinrichtung oder Transponder.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie eine Batteriesteuereinrichtung auf. Die Batteriesteuereinrichtung ist zur Steuerung der Batterie bzw. der Wandleranordnung vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Batteriesteuereinrichtung zur Verarbeitung eines Signals eines dieser Messfühler und/oder zur Betätigung eines dieser Stromunterbrecher vorgesehen.
• In bevorzugter Ausgestaltung kann zumindest einem dieser Energiewandler ein Strom von mindestens 50 A entnommen werden, weiter bevorzugt von mindestens 100 A, weiter bevorzugt von mindestens 200 A, weiter bevorzugt von mindestens 500 A, weiter bevorzugt 5 von höchstens 1000 A. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Leistungsfähigkeit des von dem Energiewandler versorgten Verbrauchers.
• In bevorzugter Ausgestaltung kann zumindest einer dieser Energiewandler eine Spannung, insbesondere eine Klemmenspannung von mindestens 1,2 V zur Verfügung stellen, weiter bevorzugt von mindestens 1,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 2 V, weiter bevorzugt von mindestens 2,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 3 V, weiter bevorzugt von mindestens 3,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 4 V, weiter bevorzugt von mindestens 4,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5 V, weiter bevorzugt von mindestens 5,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 6 V, weiter bevorzugt von mindestens 6,5 V, weiter bevorzugt von mindestens 7 V, 15 weiter bevorzugt von höchstens 7,5 V. Vorzugsweise weist der Energiewandler Lithium oder Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte des Energiewandlers.
• In bevorzugter Ausgestaltung kann zumindest einer dieser Energiewandler zwischen –40°C und 100°C betrieben werden, weiter bevorzugt zwischen –20°C und 80°C, weiter 20 bevorzugt zwischen –10°C und 60°C, weiter bevorzugt zwischen 0°C und 40°C. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer möglichst uneingeschränkten Aufstellung bzw. Verwendung der Energiewandlers zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder einer stationären Anlage bzw. Maschine.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist zumindest einer dieser Energiewandler eine Ladekapazität von mindestens 3 Amperestunden [Ah] auf, weiter bevorzugt von mindestens 5 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 10 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 20 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 50 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 100 Ah, weiter bevorzugt von mindestens 200 Ah, weiter bevorzugt von höchstens 500 Ah. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Betriebsdauer des von dem Energiewandler versorgten Verbrauchers.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist zumindest einer dieser Energiewandler eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg auf, weiter bevorzugt von mindestens 100 Wh/kg, weiter bevorzugt von mindestens 200 Wh/kg, weiter bevorzugt von weniger als 500 Wh/kg. Vorzugsweise weist der Energiewandler Lithium oder Lithium-Ionen auf. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer verbesserten Energiedichte des Energiewandlers.
• In bevorzugter Ausgestaltung weist die Batterie einen ersten Schaltungsknoten auf. Dieser Schaltungsknoten dient der elektrischen Verbindung mehrerer Bauteile bzw. Baugruppen der Batterie. Von diesen Schaltungsknoten gehen aus:
  eine erste Reihenschaltung aus einem dieser Stromunterbrecher und dem Batterieanschluss erster Polarität, wobei der Stromunterbrecher näher am Schaltungsknoten angeordnet ist, wobei bei aktiviertem Stromunterbrecher der Strompfad zwischen diesem Schaltungsknoten und dem Batterieanschluss erster Polarität unterbrochen ist.
  eine zweite Reihenschaltung aus zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen und einem dieser Entladewiderstände,
  eine Zuleitung zu dieser Wandleranordnung, insbesondere zu dem Anordnungsanschluss erster Polarität.
• Wenn bei aktiviertem Stromunterbrecher, insbesondere im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung, der Strompfad zwischen diesem Schaltungsknoten und dem Batterieanschluss erster Polarität unterbrochen ist, dann liegt die Anordnungsspannung nicht an den Batterieanschlüssen an. Die Wandleranordnung soll bei aktiviertem Stromunterbrecher keine Energie abgeben können.
• Vorzugsweise ist die zweite Reihenschaltung mit dem Anordnungsanschluss zweiter Polarität elektrisch derart verbunden, dass zumindest zeitweise ein Stromkreis aus der Wandleranordnung, diesem Entladewiderstand und dieser Funktionseinrichtung gebildet ist, besonders bevorzugt im zweiten Zustand.
• Vorzugsweise ist der Anordnungsanschluss zweiter Polarität mit dem Batterieanschluss zweiter Polarität elektrisch verbunden. Dabei liegt zumindest zeitweise, insbesondere bei nicht aktiviertem Stromunterbrecher die Anordnungsspannung der Wandleranordnung an den Batterieanschlüssen unterschiedlicher Polarität an.
• Besonders wenn ein Fremdkörper aus der Umgebung auf die Batterie, auf deren Wandleranordnung oder zumindest auf einen ihrer Energiewandler einwirkt oder in diese eindringt, beispielsweise bei einem Unfall insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dann kann dieser Energiewandler beschädigt werden. Wenn die Funktionseinrichtung ihren zweiten Zustand angenommen hat, und der Wandleranordnung Energie entnommen wird, dann kann mittels des Stromunterbrechers die Anordnungsspannung von den Batterieanschlüssen abgekoppelt werden. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit, besonders für bergende Personen bei einem Unfall des zugehörigen Kraftfahrzeugs.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Batterie weist diese Wandleranordnung mit zwei dieser Anordnungsanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf. Weiter weist die Batterie zwei dieser Batterieanschlüsse unterschiedlicher Polarität auf, wobei die Anordnungsspannung der Wandleranordnung zumindest zeitweise an diesen Batterieanschlüssen unterschiedlicher Polarität anliegt. Vorzugsweise ist der Anordnungsanschluss zweiter Polarität mit dem Batterieanschluss zweiter Polarität elektrisch verbunden, wobei zumindest zeitweise die Anordnungsspannung der Wandleranordnung an den Batterieanschlüssen anliegt. Weiter weist die Batterie die erste Reihenschaltung aus einem dieser Stromunterbrecher und dem Batterieanschluss erster Polarität auf, wobei der Stromunterbrecher näher am Schaltungsknoten angeordnet ist. Weiter weist die Batterie die zweite Reihenschaltung aus zumindest einer dieser Funktionseinrichtung und einem dieser Entladewiderstand auf. Vorzugsweise ist die zweite Reihenschaltung mit dem Anordnungsanschluss zweiter Polarität elektrisch derart verbunden, dass zumindest zeitweise ein Stromkreis aus der Wandleranordnung, diesem Entladewiderstand und dieser Funktionseinrichtung gebildet ist, besonders bevorzugt im zweiten Zustand der Funktionseinrichtung. Weiter weist die Batterie den ersten Schaltungsknoten auf. Vorzugsweise weist die Batterie zumindest einen dieser Messfühler, diese Batteriesteuereinrichtung und/oder eine dieser Anzeigeeinrichtungen auf.
• Bei dieser Ausführungsform begrenzt bzw. kontrolliert dieser Entladewiderstand im zweiten Zustand dieser Funktionseinrichtung die der Wandleranordnung entnommene Energie. Mittels des Stromunterbrecher kann die Anordnungsspannung von den Batterieanschlüssen abgekoppelt werden. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Batterie eine Parallelschaltung zumindest zwei oder mehrerer dieser Funktionseinrichtungen auf. Diese mehreren Funktionseinrichtung sind benachbart zu verschiedenen Wandabschnitten der Wandleranordnung angeordnet. So wird bereits bei Überführung lediglich einer der Funktionseinrichtungen in ihren zweiten Zustand der zweiter Strompfad zur Verringerung der in der Batterie bzw. Wandleranordnung gespeicherten Energie gebildet. Vorzugsweise weist die Batterie zwei, vier oder sechs dieser Funktionseinrichtungen auf, wobei je zwei dieser Funktionseinrichtungen benachbart zu gegenüberliegenden, insbesondere parallel angeordneten Wandabschnitten angeordnet sind. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil, dass die Sicherheit der Batterie unabhängig vom Ort der Einwirkung des Fremdkörpers auf die Batterie erhöht ist.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Batterie diese Batteriesteuereinrichtung, zumindest einen dieser Messfühler, zumindest eine dieser Anzeigeeinrichtungen sowie eine von der Batteriesteuereinrichtung angesteuerte Überbrückungseinrichtung dieser Funktionseinrichtung auf. Die Überbrückungseinrichtung dient dazu, zumindest teilweise einen Strompfad bereitzustellen, welche die Entnahme von Energie aus der Wandleranordnung über diesen Entladewiderstand ermöglicht. Die Überbrückungseinrichtung weist einen Schalter auf, welcher elektrisch parallel zu der Funktionseinrichtung geschaltet ist. Die Batteriesteuereinrichtung ist die signalverbunden mit diesem Messfühler, dieser Anzeigeeinrichtung, diesem Stromunterbrecher und dem Schalter dieser Überbrückungseinrichtung. Die Batteriesteuereinrichtung ist ausgestaltet, den Schalter der Überbrückungseinrichtung zu schließen, insbesondere wenn das Signal eines dieser Messfühler auf einen unerwünschten Betriebszustand der Wandleranordnung schließen lässt. Die Batteriesteuereinrichtung ist insbesondere ausgestaltet, zeitgleich mit Schließen des Schalters der Überbrückungseinrichtung die Anzeigeeinrichtung zu aktivieren. Vorzugsweise ist der Messfühler ausgebildet als Temperaturfühler insbesondere für die Temperatur der Wandleranordnung, als Spannungsfühler insbesondere für die Anordnungsspannung oder als Beschleunigungssensor für eine Beschleunigung, welcher die Batterie bzw. deren Wandleranordnung ausgesetzt ist. Bei dieser Weiterbildung kann der Wandleranordnung insbesondere bei einem Unfall insbesondere eines Kraftfahrzeugs auch ohne mechanische Beschädigung der Batterie durch einen Fremdkörper Energie entnommen werden. Diese bevorzugte Weiterbildung bietet den Vorteil erhöhter Betriebssicherheit der Batterie, besonders für bergende Personen bei einem Unfall des zugehörigen Kraftfahrzeugs.
• Das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer bevorzugten Ausgestaltungen, Ausführungsformen oder Weiterbildungen dient insbesondere zum Überführen der Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch:
• (S1) Eindringen des nicht der Batterie zugehörigen Fremdkörpers in zumindest eine dieser Funktionseinrichtungen, und/oder
• (S2) elektrisches Verbinden des ersten Potentialbereichs mit dem zweiten Potentialbereich, insbesondere durch den nicht der Batterie zugehörigen Fremdkörper.
• Wenn ein Fremdkörper in die Funktionseinrichtung eindringt und dabei den Isolierbereich verletzt, dann geraten die dem Isolierbereich benachbarten Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität in elektrischen Kontakt. Es wird ein Strompfad geschlossen, welcher mittelbar, d. h. über die Potentialbereiche unterschiedlicher Polarität, zumindest zwei dieser Elektroden unterschiedlicher Polarität elektrisch miteinander verbindet. Über diesen Strompfad kann der Wandleranordnung elektrische Energie bzw. ein Entladestrom entnommen werden. Die elektrisch leitfähigen Potentialbereiche R_P1, R_P2 und insbesondere der elektrische Kontaktwiderstand R_K zwischen diesen Potentialbereichen unterschiedlicher Polarität bilden einen summierten Widerstand R_G. Dieser summierte Widerstand R_G wirkt dem Entladestrom entgegen. Dabei kann der Kontaktwiderstand R_K deutlich größer sein als die Widerstände der Potentialbereiche R_P1, R_P2. Wenn der Kontaktwiderstand R_K den größten Anteil am summierten Widerstand R_G hat, darin wird überwiegend dort die der Wandleranordnung entnommene elektrische Energie in Wärmeenergie gewandelt. Dabei dienen die elektrisch und auch wärmeleitfähigen Potentialbereiche zur Verteilung der Wärmeenergie. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie während Ihres Betriebs, besonders innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens dient insbesondere zum Überführen der Batterie in einen dritten Zustand, insbesondere aus dem zweiten Zustand der Funktionseinrichtung. Diese Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch:
• (S3) Entnehmen eines elektrischen Stroms aus der Wandleranordnung, insbesondere während eines vorbestimmten ersten Zeitintervalls, insbesondere über den Entladewiderstand.
• Nach S3, insbesondere im Anschluss an das erste Zeitintervall ist die Wandleranordnung in den dritten Zustand überführt. Dieser dritte Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wandleranordnung eine gegenüber der Batteriespannung verringerte, vorbestimmte Batterierestspannung aufweist. Vorzugsweise überwacht die Batteriesteuereinrichtung den Schritt S3. Vorzugsweise zeigt eine LED an, dass eine Überführung der Wandleranordnung in den dritten Zustand eingeleitet wird bzw. erfolgt ist.
• Vorzugsweise beträgt das vorbestimmte erste Zeitintervall wenigstens 10 s, weiter bevorzugt 20 s, weiter bevorzugt 50 s, weiter bevorzugt 100 s, weiter bevorzugt 200 s, weiter bevorzugt 1000 s, weiter bevorzugt weniger als 1 h.
• Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens ist der dritte Zustand mittels der vorbestimmten Batterierestladung definiert. Dabei beträgt die vorbestimmte Batterierestladung maximal 90% der Batterienennladung bzw. maximalen Batterieladung, weiter bevorzugt maximal 80%, weiter bevorzugt maximal 70%, weiter bevorzugt maximal 60%, weiter bevorzugt maximal 50%, weiter bevorzugt maximal 40%, weiter bevorzugt maximal 30%, weiter bevorzugt maximal 20% weiter bevorzugt minimal 5%.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens ist der dritte Zustand mittels der vorbestimmten Restspannung zumindest eines dieser Energiewandler definiert. Dabei beträgt die vorbestimmte Restladung maximal 3,5 V beträgt, weiter bevorzugt maximal 3 V, weiter bevorzugt maximal 2,8 V, weiter bevorzugt maximal 2,6 V, weiter bevorzugt maximal 2,4 V, weiter bevorzugt 20 maximal 2,2 V, weiter bevorzugt maximal 2 V, weiter bevorzugt maximal 1,5 V, weiter bevorzugt maximal 1,2 V, weiter bevorzugt maximal 1 V, weiter bevorzugt maximal 0,5 V, weiter bevorzugt minimal 0,2 V.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Wandleranordnung durch den elektrischen Widerstand des Funktionseinrichtung, vorzugsweise durch den Entladewiderstand begrenzt bzw. kontrolliert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Wandleranordnung bereits bei Beschädigung lediglich der Funktionseinrichtung durch den Fremdkörper kontrolliert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die in der Wandleranordnung gespeicherte Energie über die parallel geschaltete und im zweiten Zustand elektrisch leitfähige Funktionseinrichtung verringert werden kann, insbesondere wenn der Fremdkörper sowohl in die Funktionseinrichtung als auch in die Wandleranordnung eingedrungen ist, insbesondere wenn der Fremdkörper die Funktionseinrichtung verformt hat. So wird die Betriebssicherheit der Wandleranordnung und damit die Betriebssicherheit der übergeordneten Batterie erhöht.
• Für den Betrieb gemäß diesem zweiten Verfahren besonders geeignet ist eine Batterie, welche mit einem dieser Entladewiderstände und einer LED ausgestaltet ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Energieabgabe aus der Wandleranordnung durch den elektrischen Widerstand des Entladewiderstands begrenzt bzw. kontrolliert ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass aus der Umgebung erkennbar ist, ob die Funktionseinrichtung in den zweiten Zustand zu überführen ist bzw. überführt wurde.
• Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens dient insbesondere zum Abkoppeln der Anordnungsspannung von den Batterieanschlüssen. Diese bevorzugte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch:
• (S4) Aktivieren des Stromunterbrechers, insbesondere mittels der Batteriesteuereinrichtung, worauf insbesondere die elektrische Verbindung zwischen einem dieser Batterieanschlüsse (3a) insbesonderer erster Polarität und einem dieser Anordnungsanschlüsse (6a) derselben Polarität unterbrochen wird.
• Dieser Stromunterbrecher ist zwischen einen dieser Anordnungsanschlüsse und einen dieser Batterieanschlüsse derselben Polarität geschaltet, vorzugsweise zwischen den Anordnungsanschluss erster Polarität und den Batterieanschluss erster Polarität oder zwischen den Anordnungsanschluss zweiter Polarität und den Batterieanschluss zweiter Polarität. Nach Aktivieren des Stromunterbrechers ist die elektrische Verbindung zwischen den an den Stromunterbrecher angeschlossenen Anordnungsanschluss und Batterieanschluss unterbrochen. Somit ist die Anordnungsspannung von den Batterieanschlüssen insbesondere nach S4 abgekoppelt. Diese bevorzugte Ausgestaltung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, insbesondere auch nach schädlicher Einwirkung eines Fremkörpers.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
• 1 schematisch eine Batterie gemäß dem Hauptanspruch,
• 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Batterie mit Entladewiderstand und Stromunterbrecher,
• 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Batterie mit Entladewiderstand, besonderem Stromunterbrecher und Anzeigeeinrichtung und erstem Schaltungsknoten,
• 4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der Batterie mit vier Funktionseinrichtungen, Entladewiderstand, Stromunterbrecher, Batteriesteuereinrichtung und erstem Schaltungsknoten,
• 5 schematisch eine fünftes Ausführungsbeispiel der Batterie mit Entladewiderstand, Stromunterbrecher, Batteriesteuereinrichtung, Messfühlern, erstem Schaltungsknoten, mit Überbrückungseinrichtung.
• 1 zeigt schematisch eine Batterie 1 gemäß dem Hauptanspruch. Die Batterie 1 ist mit dieser Wandleranordnung 2, zwei dieser Batterieanschlüsse 3, 3a sowie einer Funktionseinrichtung 5 ausgebildet. Es ist nicht dargestellt, dass die Funktionseinrichtung 5 benachbart zu einem dieser Wandabschnitte der Wandleranordnung 2 angeordnet ist. Es ist, anders als in 4, auch nicht dargestellt, dass mehrere dieser Funktionseinrichtungen benachbart zu je einem dieser Wandabschnitte angeordnet sind und vorzugsweise diese Wandabschnitte jeweils im Wesentlichen vollständig abdecken.
• Die Wandleranordnung 2 weist zumindest zwei elektrochemische Energiewandler in Reihenschaltung sowie zwei Anordnungsanschlüsse 6, 6a unterschiedlicher Polarität auf. Batterieanschlüsse 3, 3a sind an die Anordnungsanschlüsse 6, 6a angeschlossen, vorliegend mittels zweier Stromschienen unterschiedlicher Polarität. Die Funktionseinrichtung 5 ist elektrisch mit den Anordnungsanschlüssen 6, 6a unterschiedlicher Polarität verbunden, vorliegend ebenfalls mittels dieser Stromschienen. Wenn die Funktionseinrichtung 5 in ihren zweiten Zustand überführt wird, dann sind die Anordnungsanschlüsse 6, 6a unterschiedlicher Polarität miteinander verbunden. Dann fließt ein elektrischer Strom durch die Funktionseinrichtung 5, welcher die in der Wandleranordnung 2 enthaltene Energie verringert. Dabei begrenzt der Widerstand der Funktionseinrichtung 5 diesen elektrischen Strom.
• 2 zeigt schematisch das zweite Ausführungsbeispiel der Batterie 1 mit Entladewiderstand 11 und Stromunterbrecher 12. Nachfolgend sind lediglich die wesentlichen Unterschiede gegenüber der Batterie gemäß 1 dargelegt.
• Der Entladewiderstand 11 ist zwischen die Funktionseinrichtung 5 und einen dieser Anordnungsanschlüsse 6 geschaltet. Die Batterie 1 weist diesen ersten Schaltungsknoten 16 auf. Von diesem Schaltungsknoten 16 gehen aus eine Zuleitung zur Funktionseinrichtung 5, eine Zuleitung zum Anordnungsanschluss 6a erster Polarität sowie eine Zuleitung zum Stromunterbrecher 12. Der Stromunterbrecher 12 ist zwischen den Batterieanschluss 3a erster Polarität und den Schaltungsknoten 16 geschaltet und als Schalter ausgebildet. Wenn die Funktionseinrichtung 5 in ihren zweiten Zustand überführt ist, dann sind die Anordnungsanschlüsse 6, 6a unterschiedlicher Polarität miteinander verbunden. Dann fließt ein elektrischer Strom durch die Funktionseinrichtung 5 sowie den Entladewiderstand 11. Dabei begrenzt die Reihenschaltung der Widerstände aus der Funktionseinrichtung 5 und dem Entladewiderstand 11 diesen elektrischen Strom. Wenn der Stromunterbrecher 12 aktiviert ist, dann ist die elektrische Verbindung zwischen dem Anordnungsanschluss 6a erster Polarität und dem Batterieanschluss 3a erster Polarität unterbrochen. Somit liegt die Anordnungsspannung nicht an den Batterieanschlüssen 3, 3a an. Diese Ausführung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, besonders während ihres Betriebs innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• 3 zeigt schematisch das dritte Ausführungsbeispiel der Batterie 1 mit Entladewiderstand 11, besonderen Stromunterbrecher 12 und Anzeigeeinrichtung 14. Nachfolgend sind lediglich die wesentlichen Unterschiede gegenüber der Batterie gemäß 2 dargelegt.
• Der Stromunterbrecher 12 weist ein Relais 12a und einen federbelasteten Schalter 12b auf. Die Spule des Relais ist elektrisch zwischen die Funktionseinrichtung 5 und den ersten Schaltungsknoten 16 geschaltet. Wenn die Spule des Relais 12a von einem Strom durchflossen ist, dann öffnet das Relais 12a den Schalter 12b. Die Anzeigeeinrichtung 14 ist als Leuchtmittel ausgebildet und ebenfalls zwischen die Funktionseinrichtung 5 und den ersten Schaltungsknoten 16 geschaltet. Wenn die Fusionseinrichtung 5 in ihren zweiten Zustand überführt ist dann sind die Anordnungsanschlüsse 6, 6a unterschiedlicher Polarität miteinander verbunden. Dann fließt ein entladender elektrischer Strom bzw. Entladestrom durch die Funktionseinrichtung 5, die Anzeigeeinrichtung 14, durch die Spule des Relais 12a sowie den Entladewiderstand 11. Die Spule des Relais 12a öffnet den Schalter 12b. Dann ist die elektrische Verbindung zwischen dem Anordnungsanschluss 6a erster Polarität und dem Batterieanschluss 3a erster Polarität unterbrochen. Die Anordnungsspannung liegt nicht an den Batterieanschlüssen 3, 3a an, vorliegend solange ein Entladestrom ausreichender Stromstärke durch die Spule des Relais 12a fließt. Fällt der Entladestrom unter einem Minimalwert, dann schließt der Federbelastetenschalter 12b, so dass die Anordnungsspannung wieder an den Batterieanschlüssen 3, 3a anliegt. Dann kann die Batterierestspannung gemessen werden. Diese Ausführung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, besonders während ihres Betriebs innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• 4 zeigt schematisch das vierte Ausführungsbeispiel der Batterie 1 mit vier dieser Funktionseinrichtungen 5, 5a, Entladewiderstand 11, Stromunterbrecher 12, Batteriesteuereinrichtung 15 und erstem Schaltungsknoten 6. Nachfolgend sind lediglich die wesentlichen Unterschiede gegenüber der Batterie gemäß 2 bzw. 3 dargelegt.
• Diese vier Funktionseinrichtungen 5, 5a, auch bezeichnet mit F₁, F₂, F₃ und F₄, sind zueinander parallel geschaltet. Diese Funktionseinrichtungen F₁, F₂, F₃ und F₄, sind benachbart zu verschiedenen dieser Wandabschnitte der Wandleranordnung 2 angeordnet. Vorteilhaft bedecken diese Funktionseinrichtungen diese Wandabschnitte jeweils im Wesentlichen vollständig. So ist die Sicherheit der Batterie 1 gemäß dieser Ausgestaltung weitgehend unabhängig vom Ort des Einwirkens des Fremdkörpers verbessert. Hier ist der Stromunterbrecher 12 von der Batteriesteuereinrichtung 15 angesteuert. Diese Ausführung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, besonders während ihres Betriebs innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• 5 zeigt schematisch das fünfte Ausführungsbeispiel der Batterie 1 mit Entladewiderstand 11, Stromunterbrecher 12, Batteriesteuereinrichtung 12, zwei Messfühlern 13, 13a, erstem Schaltungsknoten 16, mit Überbrückungseinrichtung 17. Nachfolgend sind lediglich die wesentlichen Unterschiede gegenüber den vorherigen Ausführungsbeispielen der Batterie dargelegt.
• Diese Messfühler 13, 13a sind ausgebildet als Beschleunigungssensor für eine Beschleunigung, welcher die Wandleranordnung 2 ausgesetzt ist und als Temperaturfühler für die Temperatur eines dieser Wandabschnitte der Wandleranordnung 2. Die Überbrückungseinrichtung 17 ist mit einem Schalter ausgebildet. Die Überbrückungseinrichtung 17 parallel zu der Funktionseinrichtung 5 geschaltet. Bei geschlossenem Schalter der Überbrückungseinrichtung 17 kann ein Entladestrom durch den Entladewiderstand 11 fließen.
• Die Batteriesteuereinrichtung 15 ist ausgestaltet, Signale von diesen zwei Messfühlern 13, 13a zu empfangen bzw. zu verarbeiten. Die Batteriesteuereinrichtung 15 ist weiter ausgestaltet, den Stromunterbrecher 12, die Anzeigeeinrichtung 14 sowie die Überbrückungseinrichtung 17, insbesondere deren Schalter anzusteuern. Die Signalleitungen sind gestrichelt dargestellt. Weiter ist die Batteriesteuereinrichtung 15 ausgestaltet, abhängig von einem Signal dieser Messfühler 13, 13a den Stromunterbrecher 12, die Anzeigeeinrichtung 14 und/oder die Überbrückungseinrichtung 17 anzusteuern.
• Wenn ein von diesen Messfühlern 13, 13a nach Empfang bzw. Verarbeitung durch die Batteriesteuereinrichtung 15 auf einen unerwünschten Betriebszustand der Wandleranordnung 2 hinweist, dann kann die Batteriesteuereinrichtung 15 zumindest einen der folgenden Befehle senden:
• • Schließen der Überbrückungseinrichtung 17, insbesondere Schließen des zugehörigen Schalters,
• • Öffnen des Stromunterbrechers 12, und/oder
• • Einschalten der Anzeigeeinrichtung 14, insbesondere zum Hinweis auf den zweiten Zustand der Funktionseinrichtung 5, insbesondere zum Hinweis auf einen unerwünschten Betriebszustand.
• Diese Ausführung bietet den Vorteil erhöhter Sicherheit der Batterie, besonders während ihres Betriebs innerhalb eines Kraftfahrzeugs.
• Bezugszeichenliste

1

Batterie

2

Wandleranordnung

3, 3a

Batterieanschluss

4, 4a

Wandabschnitt

5, 5a

Funktionseinrichtung

6, 6a

Anordnungsanschluss

7

Isolierbereich

7a, 7b

Potentialbereiche

8

Stichschutzlage

9, 9a

elektrische Leiter

10

Ausnehmung

11

Entladewiderstand

12, 12a, 12b

Stromunterbrecher

13, 13a

Messfühler

14

Anzeigeeinrichtung

15

Batteriesteuereinrichtung

16

erster Schaltungsknoten

17

Überbrückungseinrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2011/020545 [0017]

Claims (10)

1. Batterie (1) mit • einer Wandleranordnung (2), welche zumindest zwei elektrochemische Energiewandler aufweist, welche vorgesehen ist, zumindest zeitweise chemische Energie in elektrische Energie zu wandeln und zumindest zeitweise elektrische Energie insbesondere einem Verbraucher (31) zur Verfügung zu stellen, wobei die Energiewandler miteinander elektrisch insbesondere in Reihe verschaltet sind, wobei die Wandleranordnung (2) zwei Anordnungsanschlüsse (6, 6a) unterschiedlicher Polarität aufweist, an welchen eine Anordnungsspannung anliegt, wobei die Anordnungsspannung der elektrische Spannung der Wandleranordnung (2) entspricht, • zwei Batterieanschlüssen (3, 3a) unterschiedlicher Polarität, welche zur elektrischen Verbindung mit dem Verbraucher (31) vorgesehen sind, welche zumindest zeitweise mit den Anordnungsanschlüssen (6, 6a) elektrisch verbunden sind, • zumindest einer Funktionseinrichtung (5, 5a), welche vorgesehen ist, zumindest mittelbar mit diesen Anordnungsanschlüssen (6, 6a) unterschiedlicher Polarität verbunden zu sein, welche vorgesehen ist, aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführt zu werden, wobei im ersten Zustand die mit der Funktionseinrichtung (5, 5a) verbundenen Anordnungsanschlüsse (6, 6a) unterschiedlicher Polarität voneinander elektrisch isoliert und im zweiten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die Funktionseinrichtung (5, 5a) besonders bevorzugt im zweiten Zustand einen vorbestimmten elektrischen Widerstand aufweist, wobei vorzugsweise die Wandleranordnung (2) zumindest einen Wandabschnitt (4, 4a) aufweist, welcher zur Begrenzung der Wandleranordnung (2) insbesondere gegenüber deren Umgebung vorgesehen ist, und die Funktionseinrichtung (5, 5a) diesen Wandabschnitt (4, 4a) zumindest bereichsweise, besonders bevorzugt im wesentlichen vollständig abdeckt, wobei vorzugsweise zumindest einer der Energiewandler als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet ist, welcher vorgesehen ist, zumindest zeitweise zugeführte elektrische Energie in chemische Energie zu wandeln und abzuspeichern.
2. Batterie (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Funktionseinrichtung (5, 5a) aufweist • einen ersten Potentialbereich (7a), welcher zumindest mittelbar mit diesem Anordnungsanschluss (6, 6a) erster Polarität elektrisch verbunden ist, • einen zweiten Potentialbereich (7b), welcher zumindest mittelbar mit diesem Anordnungsanschluss (6, 6a) zweiter Polarität elektrisch verbunden ist, • einen Isolierbereich (7) aufweist, welcher zwischen dem ersten Potentialbereich (7a) und dem zweiten Potentialbereich (7b) angeordnet ist und diese Potentialbereiche voneinander elektrisch isoliert, wobei vorzugsweise im zweiten Zustand der erste Potentialbereich (7a) und der zweite Potentialbereich (7a) elektrisch miteinander verbunden sind, besonders bevorzugt durch einen nicht der Batterie (1) zugehörigen, insbesondere elektrisch leitfähigen Fremdkörper (32).
3. Batterie (1) gemäß dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • einer dieser Potentialbereiche (7a, 7b) als Stichschutzlage (8) ausgebildet ist, und/oder • einer dieser Potentialbereiche (7a, 7b), vorzugsweise der als Stichschutzlage (8) ausgebildete Potentialbereich (7a, 7b) zumindest einen elektrischen Leiter (9, 9a) aufweist, wobei der elektrische Leiter (9, 9a) dem Isolierbereich (7) zugewandt ist, wobei der elektrische Leiter (9, 9a) zumindest mittelbar mit einem der Anordnungsanschlüsse (6, 6a) elektrisch verbunden ist, und/oder • der Isolierbereich (7) zumindest eine Ausnehmung (10) aufweist, wobei die Ausnehmung (10) der elektrischen Berührung des ersten Potentialbereichs (7a) mit dem zweiten Potentialbereich (7b) dient.
4. Batterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine der folgenden Einrichtungen: • einen Entladewiderstand (11), welcher zwischen einen dieser Potentialbereiche (7a, 7b) und einen dieser Anordnungsanschlüsse (6, 6a) geschaltet ist, welcher vorgesehen ist, elektrische Energie insbesondere aus der Wandleranordnung in Wärmeenergie zu wandeln, welcher vorzugsweise mit einem dieser Wandabschnitte (4, 4a) insbesondere wärmeleitend verbunden ist, • einen Stromunterbrecher (12), welcher zwischen einen dieser Anordnungsanschlüsse (6, 6a) und einen dieser Batterieanschlüsse (3, 3a) geschaltet ist, • einen Messfühler (13, 13a), welcher vorgesehen ist, einen Betriebsparameter der Batterie (1), insbesondere der Wandleranordnung (2) zu erfassen, welcher vorzugsweise als Temperaturfühler oder Beschleunigungssensor ausgestaltet ist, welcher zumindest zeitweise ein Signal insbesondere der Batteriesteuereinrichtung (15) zur Verfügung stellt, • eine Anzeigeeinrichtung (14), welche vorgesehen ist, den zweiten Zustand insbesondere der Funktionseinrichtung (5, 5a) anzuzeigen, • eine Batteriesteuereinrichtung (15), welche zur Steuerung der Batterie (1) bzw. der Wandleranordnung (2) vorgesehen ist, vorzugsweise zur Verarbeitung des Signals des Messfühlers (13, 13a) und/oder zur Betätigung des Stromunterbrechers (12).
5. Batterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Energiewandler • einen Strom von mindestens 50 A abgeben kann, vorzugsweise von mindestens 100 A, und/oder • eine Spannung von mindestens 3,5 V bereitstellen kann, und/oder • innerhalb eines Betriebstemperaturbereiches von –40°C bis +100°C betrieben werden kann, und/oder • vorzugsweise eine Ladekapazität von mindestens 3 Ah aufweist, besonders bevorzugt von mindestens 10 Ah und/oder • vorzugsweise eine gravimetrische Energiedichte von mindestens 50 Wh/kg aufweist.
6. Batterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Schaltungsknoten (16), von welchem ausgehen • eine erste Reihenschaltung aus einem dieser Stromunterbrecher (12) und dem Batterieanschluss (3a) erster Polarität, wobei der Stromunterbrecher (12) näher am Schaltungsknoten (16) angeordnet ist, • eine zweite Reihenschaltung aus zumindest einer dieser Funktionseinrichtungen (5, 5a) und einem dieser Entladewiderstände (11), • eine Zuleitung zu dieser Wandleranordnung (2), insbesondere zu dem Anordnungsanschluss (6a) erster Polarität, wobei vorzugsweise die zweite Reihenschaltung mit dem Anordnungsanschluss (6) zweiter Polarität elektrisch derart verbunden ist, dass zumindest zeitweise ein Stromkreis aus der Wandleranordnung (2), diesem Entladewiderstand (11) und dieser Funktionseinrichtung (5, 5a) gebildet ist, besonders bevorzugt im zweiten Zustand, wobei vorzugsweise der Anordnungsanschluss (6) zweiter Polarität mit dem Batterieanschluss (3) zweiter Polarität elektrisch verbunden ist und zumindest zeitweise die Anordnungsspannung der Wandleranordnung (2) an den Batterieanschlüssen (3, 3a) anliegt.
7. Batterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: • dieser Wandleranordnung (2) mit zwei dieser Anordnungsanschlüsse (6, 6a) unterschiedlicher Polarität, wobei an diesen Anordnungsanschlüssen (6, 6a) die Anordnungsspannung anliegt, • zwei dieser Batterieanschlüsse (3, 3a) unterschiedlicher Polarität, wobei die Anordnungsspannung der Wandleranordnung (2) zumindest zeitweise an diesen Batterieanschlüssen (3, 3a) unterschiedlicher Polarität anliegt, wobei vorzugsweise der Anordnungsanschluss (6) zweiter Polarität mit dem Batterieanschluss (3) zweiter Polarität elektrisch verbunden ist und wobei zumindest zeitweise die Anordnungsspannung der Wandleranordnung (2) an den Batterieanschlüssen (3, 3a) anliegt, • der ersten Reihenschaltung aus einem dieser Stromunterbrecher (12) und dem Batterieanschluss (3a) erster Polarität, wobei der Stromunterbrecher (12) näher am Schaltungsknoten (6) angeordnet ist, • der zweiten Reihenschaltung aus einer dieser Funktionseinrichtungen (5, 5a) und einem dieser Entladewiderstände (11), wobei vorzugsweise die zweite Reihenschaltung mit dem Anordnungsanschluss (6) zweiter Polarität elektrisch derart verbunden ist, dass zumindest zeitweise ein Stromkreis aus der Wandleranordnung (2), diesem Entladewiderstand (11) und dieser Funktionseinrichtung (5, 5a) gebildet ist, besonders bevorzugt im zweiten Zustand, • den ersten Schaltungsknoten (16), • vorzugsweise einen dieser Messfühler (13, 13a), diese Batteriesteuereinrichtung (15) und/oder eine dieser Anzeigeeinrichtungen (14).
8. Verfahren zum Betrieb einer Batterie (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Überführen der Funktionseinrichtung (5, 5a) in den zweiten Zustand, gekennzeichnet durch (S1) Eindringen des nicht der Batterie (1) zugehörigen Fremdkörpers (32) in die Funktionseinrichtung (5, 5a), und/oder (S2) elektrisches Verbinden des ersten Potentialbereichs (7a) mit dem zweiten Potentialbereich (7b) insbesondere durch den nicht der Batterie (1) zugehörigen Fremdkörper (32).
9. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere zum Überführen der Batterie (1) in einen dritten Zustand, insbesondere aus dem zweiten Zustand der Funktionseinrichtung (5, 5a), gekennzeichnet durch (S3) Entnehmen eines elektrischen Stroms aus der Wandleranordnung (2), insbesondere während eines vorbestimmten ersten Zeitintervalls, insbesondere über den Entladewiderstand (11), wobei die Batterie (1) im dritten Zustand eine gegenüber der Batteriespannung verringerte, vorbestimmte Batterierestspannung aufweist.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Abkoppeln der Anordnungsspannung von den Batterieanschlüssen, gekennzeichnet durch: (S4) Aktivieren des Stromunterbrechers (12), insbesondere mittels der Batteriesteuereinrichtung (15), worauf insbesondere die elektrische Verbindung zwischen einem dieser Batterieanschlüsse (3a) insbesonderer erster Polarität und dem Anordnungsanschluss (6a) derselben Polarität unterbrochen wird.

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