專利名稱：安全裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安全裝置。
背景技術(shù)：
用于電化學(xué)地存儲(chǔ)的電池通常包含腐蝕性材料，它們的釋放會(huì)對(duì)人和物體造成危害。在一些蓄能器中，例如在鋰離子(L1-1on)電池中，還額外存在燃燒或爆炸危險(xiǎn)，因?yàn)樗褂玫碾娊赓|(zhì)是可燃的。因此已知的電池和電容器被構(gòu)造成，使它們能承受可預(yù)期的機(jī)械負(fù)荷，而不會(huì)損傷電池外殼，從而防止危險(xiǎn)物質(zhì)轉(zhuǎn)入蓄能器的周邊環(huán)境。盡然如此，仍無(wú)法完全排除外殼的受損。例如在電池可以用于車載電路供電或用于驅(qū)動(dòng)的汽車領(lǐng)域中，受到良好安全保護(hù)的電池在故障時(shí)也可能強(qiáng)烈變形且開裂。溢出的 電解質(zhì)在變形期間或后來(lái)被點(diǎn)燃，也許在幾秒或幾分鐘之后才被點(diǎn)燃。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供用于保護(hù)人和材料不受因變形破損的蓄能器的傷害的安全裝置和安全方法。本發(fā)明用一種帶有權(quán)利要求1特征的安全裝置、一種帶有權(quán)利要求10特征的安全方法以及一種帶有權(quán)利要求11特征的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)解決該技術(shù)問(wèn)題。蓄能器如電池和電容器或者說(shuō)其電解質(zhì)的燃燒或爆炸危險(xiǎn)性與蓄能器的充電狀態(tài)相關(guān)。研究表明，當(dāng)蓄能器的充電狀態(tài)在電解質(zhì)釋放過(guò)程中降低微小的份量時(shí)，在很多情況就能避免通過(guò)燃燒或爆炸引起的變形帶來(lái)的系列傷害。因此按照本發(fā)明建議，使用一種安全裝置，其帶有用于在蓄能器即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生變形時(shí)將電蓄能器放電的放電裝置。根據(jù)電池的變形速度和最大容量以及可能時(shí)到達(dá)預(yù)計(jì)的電池變形之前的預(yù)警時(shí)間，可以成功地將電池的充電狀態(tài)及時(shí)降低決定性的份量，從而能夠避免因電解質(zhì)逸出引起的燃燒或者說(shuō)爆炸。在本發(fā)明的第一種變型方案中，安全裝置包括用于確定蓄能器即將發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的變形的確定裝置和用于根據(jù)確定結(jié)果將蓄能器放電的放電裝置。確定裝置可以有利地與傳感器或在電池工作環(huán)境中的處理裝置相連，以便提高確定的質(zhì)量。例如可以在汽車中接收安全系統(tǒng)的表明碰撞的信號(hào)(“預(yù)碰撞”)。作為備選或附加，可以采納傳感器值，在此基礎(chǔ)上通過(guò)確定裝置確定蓄能器的即將發(fā)生的變形。在一種實(shí)施形式中，確定裝置設(shè)置用于確定蓄能器的變形速度，其中，放電裝置設(shè)置用于根據(jù)確定的變形速度將蓄能器放電。若已經(jīng)發(fā)生的或即將發(fā)生的變形速度很高，那么例如蓄能器的放電速度同樣會(huì)很高。確定裝置可以以類似的方式設(shè)置用于確定蓄能器的變形度，其中，安全裝置設(shè)置用于根據(jù)確定的變形度來(lái)將蓄能器放電。若已經(jīng)發(fā)生的或即將發(fā)生的變形度很高，那么蓄能器的放電速度同樣會(huì)很高。在本發(fā)明的可以與第一種變型方案結(jié)合的第二種變型方案中，在蓄能器上設(shè)置了第一和第二電接觸元件。第一接觸元件設(shè)置用于在軸向壓縮時(shí)沿徑向膨脹，從而產(chǎn)生與第二接觸元件的傳導(dǎo)式連接。這種實(shí)施形式可以簡(jiǎn)單且成本低廉地建立。通過(guò)純機(jī)械的配置，可以達(dá)到安全裝置很高的可靠性。第一接觸元件可以具有縮徑的或鼓腹的空心柱筒的形狀，以便有利于在軸向變形時(shí)沿徑向膨脹。此外，第一接觸元件可以具有軸向的切槽。切槽尤其可以沿一個(gè)方向延伸，該方向垂直于另一個(gè)方向，第二接觸元件沿該另一個(gè)方向布置。切槽可以實(shí)現(xiàn)，第一接觸元件的一個(gè)面朝第二接觸元件的區(qū)段在軸向變形時(shí)能很容易沿第二接觸元件的方向變形。第二接觸元件也優(yōu)選以相應(yīng)的方式設(shè)計(jì)成能夠變形，因而接觸元件在變形時(shí)彼此間建立起了良好的電接觸。放電裝置設(shè)置用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能?？梢蕴峁嵛锪象w，其可導(dǎo)熱地與放電裝置連接。熱物料體可以在吸收熱量的情況下轉(zhuǎn)換其物態(tài)。因此在短時(shí)間內(nèi)可以導(dǎo)出大量熱·量。由此提高了安全裝置的放電速度以及最小化了通過(guò)強(qiáng)烈加熱放電裝置引起的危險(xiǎn)。用于將電蓄能器放電的安全方法包括下列步驟，即，確定蓄能器的即將發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的變形以及根據(jù)確定結(jié)果將蓄能器放電。該方法的一些部分，尤其是蓄能器的即將發(fā)生的變形的確定，可以在功能的框架內(nèi)實(shí)施，該功能在電蓄能器的周邊環(huán)境中始終可供使用。這個(gè)功能可以尤其是蓄能器的能
量管理系統(tǒng)。所述方法可以作為帶程序代碼工具的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在處理裝置上運(yùn)行或儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上。


現(xiàn)在參考附圖更為精確地說(shuō)明本發(fā)明。附圖中
圖1是安全裝置的方塊線路圖2是圖1的安全裝置的電阻；
圖3是機(jī)械的安全裝置；
圖4是圖4的安全裝置的接觸元件的一種備選的實(shí)施形式；并且圖5是用于控制圖4的安全裝置的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1作為方塊線路圖示出了安全裝置100。處理裝置110與傳感器120連接。處理裝置110優(yōu)選是形式為微型計(jì)算機(jī)的電子處理裝置，但也可以構(gòu)造為固定布線的邏輯電路。傳感器120通常布置在蓄能器150上或與其緊密相鄰。傳感器120可以采納一個(gè)或多個(gè)物理參量，這些參量表明蓄能器150的已經(jīng)發(fā)生的或即將發(fā)生的變形，例如延展、壓縮、力、加速或震動(dòng)。在另外的實(shí)施形式中，多個(gè)這種參量也可以被組合或被多個(gè)傳感器120掃描并提供給處理裝置110。處理裝置110此外還與接口 130連接，另外的傳感器值和/或確定結(jié)果可以通過(guò)該接口與其它的部件交換。在安全裝置100使用于汽車時(shí)，處理裝置110可以借助接口 130與汽車的一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)連接。
此外，處理裝置110與放電裝置140連接，放電裝置設(shè)置用于將電能從蓄能器150提取出來(lái)。蓄能器150可以同樣是安全裝置100的組成部分或是一個(gè)單獨(dú)的構(gòu)件。在這兩種情況下，安全裝置100的其它元件，尤其是處理裝置100，都可以與蓄能器150緊密相鄰地布置或甚至布置在蓄能器150內(nèi)。蓄能器150通常是電化學(xué)蓄能器，例如鋰離子電池、鎳氫電池(NiMh)或雙層電容器。蓄能器150在變形時(shí)或因其它原因引起電解質(zhì)逸出時(shí)發(fā)生爆炸或燃燒的傾向取決于蓄能器150的充電狀態(tài)。蓄能器150的充電程度越高，那么爆炸或燃燒的風(fēng)險(xiǎn)就越大。放電裝置140導(dǎo)電地與蓄能器150連接。為了在短時(shí)間內(nèi)能將大量電能安全地從蓄能器150提取出來(lái)，優(yōu)選的是有大橫截面的電連接裝置，例如形式為絞扭的銅電纜。放電裝置140包括開關(guān)，用該開關(guān)可以控制電能從蓄能器150的提取。開關(guān)可以例如包括一個(gè)或多個(gè)晶體三極管，比如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。也可以是傳統(tǒng)的開關(guān)，比如規(guī)定伴隨著磁性的、液壓的或氣動(dòng)的操縱。放電裝置140將從蓄能器150提取出來(lái)的電能轉(zhuǎn)化成其它的能量形式，優(yōu)選轉(zhuǎn)化成熱能。在其它的實(shí)施形式中，提取的能量也可以被另行利用，例如用于 將另一個(gè)蓄能器如鉛蓄電池充電。圖2A和2B示出了用于在圖1的放電裝置140內(nèi)將電能轉(zhuǎn)化成熱能的電阻200的不同實(shí)施形式。絕緣體210被電阻絲220多次纏繞，電阻絲與電接頭230連接。絕緣體210支撐電阻絲220的線圈并且優(yōu)選由有高熱導(dǎo)值的陶瓷金屬制成。在其它實(shí)施形式中，也可以取消絕緣體210。在圖2A中，電阻200還包括殼體240，殼體容納絕緣體210、電阻絲220和鹽粒250。鹽粒250在熱量影響下將其物態(tài)從固態(tài)朝著液態(tài)改變，此時(shí)鹽粒250吸收大量熱能。若電流流過(guò)電阻絲220，那么電阻絲被加熱以及因而鹽粒250也被加熱。在特定的溫度下，鹽粒250將其物態(tài)從固態(tài)改變?yōu)橐簯B(tài)，此時(shí)鹽粒吸收大量熱能，因而電阻絲220被冷卻?？梢栽O(shè)置一種用于排出液化后的鹽粒250的設(shè)備，因而電阻絲220可以被另外的固態(tài)的鹽粒250包圍。在其它實(shí)施形式中，也可以使用不同于鹽粒250的其它的熱物料體，其在電阻絲220的熱量的影響下改變其物態(tài)或相，比如從固態(tài)到液態(tài)和/或從液態(tài)到氣態(tài)。圖2B示出了圖2A的電阻200的一種變型。絕緣體210、電阻絲220和電接頭230都如圖2A那樣構(gòu)造，不過(guò)取代圖2A的有鹽粒250的殼體240的是，設(shè)置了用于借助液體冷卻電阻絲220的軟管或者說(shuō)管路系統(tǒng)260。管路系統(tǒng)260包圍帶有多重電阻絲220的絕緣體210并且液體流過(guò)管路系統(tǒng)260。液體可以是汽車的液體冷卻系統(tǒng)的組成部分，汽車內(nèi)安裝有圖1的安全系統(tǒng)100。在另一種實(shí)施形式中，絕緣體210和電阻絲220也可以直接被冷卻液繞流。為此，絕緣體210和電阻絲220可以布置在管路系統(tǒng)260內(nèi)。電阻200優(yōu)選布置成，可以將在其上產(chǎn)生的熱量排放給環(huán)境例如汽車的其它部分。這些部分可以例如包含車身、行駛機(jī)構(gòu)部分或發(fā)動(dòng)機(jī)組。在另一種實(shí)施形式中，電阻200由通過(guò)這些部分的電流路徑構(gòu)成。進(jìn)一步優(yōu)選的是，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量通過(guò)電阻200的排出，即，蓄能器150不會(huì)由此被明顯加熱。這可以例如通過(guò)在電阻200和蓄能器150之間設(shè)置一定程度的最小間距而實(shí)現(xiàn)。作為對(duì)此的備選，也可以在電阻200和蓄能器150之間設(shè)熱絕緣體。圖3示出了機(jī)械的安全裝置300的垂直剖面，其中，圖3A示出了未受損傷的安全裝置300以及圖3B示出了沿垂直方向變形的安全裝置300。
在殼體310中容納有形式為柱筒形鋰離子電池的蓄能器150。在上側(cè)，殼體310被封閉板320封閉。在封閉板320上并靠布置著兩個(gè)接觸元件330且這兩個(gè)接觸元件借助電線240與蓄能器150的正極或者說(shuō)負(fù)極電連接?？蛇x的遮蓋件350這樣向上封閉安全裝置300，使得接觸元件330為了與負(fù)載連接而保持從上方能進(jìn)入，但在側(cè)向被遮蓋。每一個(gè)接觸元件330都具有在底側(cè)封閉的空心柱筒的形狀，該空心柱筒在其高度的約三分之二處被縮徑。在一種備選的實(shí)施形式中，接觸元件330也可以由扁平的構(gòu)件，例如金屬板條形成，其中，所示的切面基本上被保持。若安全裝置300沿垂直方向被壓縮，那么接觸元件330這樣變形，即變得更為扁平和更寬，因此接觸元件330的外部邊界彼此重疊地運(yùn)動(dòng)，直至它們相互接成電接觸。遮蓋件350在這種變形中以任意方式變形，此時(shí)會(huì)考慮到遮蓋件350的損毀。僅需注意的是，沒有遮蓋件350的組成部分進(jìn)入接觸元件330之間的區(qū)域，因而在接觸元件330之間的接觸始終不受損害。通過(guò)接觸閉合，在接觸元件330之間有電流流動(dòng)，所述電流加熱接觸元件330。接觸元件330在此既用作確定裝置，如果已經(jīng)發(fā)生了蓄能器300的變形，也用作用于將蓄能器150的電能轉(zhuǎn)化成熱能的放電裝置。封閉板320可以設(shè)計(jì)成熱絕緣的，以便為蓄能器150隔絕出現(xiàn)的熱量。圖4示出了圖3的安全裝置300的接觸元件330的一種備選的實(shí)施形式。為了簡(jiǎn)化參考，還附加地示出了封閉板320。圖4A示出了未受損的接觸元件330，圖4B則示出了被垂直壓縮的接觸元件330。接觸元件330分別在縱剖面圖中示出并且具有這樣一種形式，其從在底側(cè)封閉的空心柱筒突出。接觸元件330在上端和下端之間有沿徑向的隆起，因此它們獲得鼓腹的形狀。切槽410在圖4A中與圖3A和3B所示類似垂直地沿接觸元件330的縱向延伸。切槽410被這樣加入到接觸元件330內(nèi)，使得在圖4B所示的接觸元件330沿垂直方向變形時(shí)使接觸元件330彼此重疊的拓寬變得容易。切槽410在變形時(shí)可以具有所示的菱形形狀。就接觸元件330的垂直縱軸線而言，切槽410優(yōu)選成對(duì)地對(duì)置，其中，在每個(gè)接觸元件330的相應(yīng)沿其它接觸元件330的方向指向的區(qū)域內(nèi)優(yōu)選不加入切槽410。圖5示出了用于控制圖1的安全裝置100的方法500的流程圖。方法500可以例如在圖1的安全裝置100的處理裝置110上運(yùn)行。方法500也能以極為抽象的方式使用在圖3的安全裝置300上。但下文中尤其述及結(jié)合圖1的安全裝置100的應(yīng)用。方法500包括步驟510至530。在第一步驟510中確定了蓄能器150的即將發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的變形。當(dāng)在蓄能器150區(qū)域內(nèi)的加速度特別大或特別小時(shí)或當(dāng)安全功能在蓄能器150的周圍環(huán)境中被觸發(fā)時(shí)，比如用來(lái)將碰撞帶來(lái)的損傷最小化的安全帶、氣囊、座椅調(diào)整裝置和汽車的其它安全設(shè)備被觸發(fā)時(shí)，可以例如確定即將發(fā)生的變形。根據(jù)來(lái)自步驟510的確定結(jié)果，在步驟520中將蓄能器150放電。放電可以和變形同時(shí)實(shí)施，放電速度和放電程度尤其可以與直至進(jìn)入變形的等待時(shí)間、即將發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的變形速度和/或即將發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的變形程度相關(guān)。同樣可以評(píng)估其它參量，例如蓄能器150的充電狀態(tài)。若蓄能器150例如約充了 2/3的電或完全充滿電，那么放電速度和/或放電程度要比在蓄能器150充了小于其最大電容2/3的電時(shí)更高。在可選的步驟530中，放電結(jié)束。步驟530然后在形式為預(yù)定的變形程度的預(yù)定的變形發(fā)生之后，在達(dá)到蓄能器150的預(yù)定的充電程度和/或蓄能器150的預(yù)定的放 電程度后被實(shí)施。步驟530可以同樣與其它參量相關(guān)。
權(quán)利要求
1.安全裝置(100、300)，帶有用于在蓄能器(150)即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生變形時(shí)將電蓄能器(150)放電的放電裝置(140、330)。
2.按權(quán)利要求1所述的安全裝置(100)，其特征在于用于確定所述蓄能器(150)的即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的變形的確定裝置(110)以及用于根據(jù)確定結(jié)果將所述蓄能器(150)放電的放電裝置(140)。
3.按權(quán)利要求2所述的安全裝置(100)，其特征在于，所述確定裝置(110)被設(shè)置用于確定所述蓄能器(150)的變形速度并且所述放電裝置(140)被設(shè)置用于根據(jù)所確定的變形速度將所述蓄能器(150 )放電。
4.按權(quán)利要求2或3所述的安全裝置(100)，其特征在于，所述確定裝置(110)被設(shè)置用于確定所述蓄能器(150)的變形程度并且所述放電裝置(140)被設(shè)置用于根據(jù)確定的變形程度將所述蓄能器(150 )放電。
5.按權(quán)利要求1所述的安全裝置(100)，其特征在于兩個(gè)并靠布置在所述蓄能器(150) 上的電接觸元件(330)，其中第一接觸元件(330)被設(shè)置用于在軸向壓縮時(shí)沿徑向膨脹，從而產(chǎn)生與第二接觸元件(330)的傳導(dǎo)式連接。
6.按權(quán)利要求5所述的安全裝置(100)，其特征在于，所述第一接觸元件(330)具有被縮徑或鼓腹的空心柱筒的形狀。
7.按權(quán)利要求5或6所述的安全裝置(100)，其特征在于，所述第一接觸元件(330)具有軸向的切槽(410)。
8.按權(quán)利要求2至7之一所述的安全裝置(100、300)，其特征在于，所述放電裝置 (140,330)被設(shè)置用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能。
9.按權(quán)利要求8所述的安全裝置(100、300)，其特征在于熱物料體(250)，所述熱物料體能導(dǎo)熱地與所述放電裝置(140,330)連接并且在吸收熱能的情況下轉(zhuǎn)換自己的物態(tài)。
10.用于將電蓄能器放電的安全方法(500)，包括下列步驟-確定(520)蓄能器(150)的變形；以及-根據(jù)確定結(jié)果借助放電裝置(140、330)將蓄能器(150)放電(520)。
11.帶有程序代碼工具的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于當(dāng)其在處理裝置(110)上運(yùn)行時(shí)或存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)載體上時(shí)實(shí)施按權(quán)利要求10所述的方法(500)。
全文摘要
一種安全裝置包括用于在蓄能器即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生變形時(shí)將電蓄能器放電的放電裝置。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103003997SQ201180036580
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者J.伯奇, C.利貝諾夫 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司