用于電池的開關(guān)裝置及具有這種開關(guān)裝置的電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電池2的開關(guān)裝置1，其中該開關(guān)裝置1能通過聲諧振效應(yīng)來操作以中斷該電池2的對(duì)外導(dǎo)電線。本發(fā)明還涉及電池2，其具有用于斷開電池2的對(duì)外導(dǎo)電線的電動(dòng)操作的功率開關(guān)21和至少一個(gè)這種開關(guān)裝置1，其中該功率開關(guān)21和該開關(guān)裝置1串聯(lián)。
【專利說明】
用于電池的開關(guān)裝置及具有這種開關(guān)裝置的電池
【背景技術(shù)】
[0001 ]不久前，為了加強(qiáng)減少內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車的排放，研發(fā)出混合動(dòng)力概念或純電驅(qū)動(dòng)概念，它們以純電動(dòng)車或混合動(dòng)力車形式加入道路交通中。為此所需的電機(jī)按馬達(dá)運(yùn)行和發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式的運(yùn)行的前提是各自車輛中有相應(yīng)的蓄電器，在這里，正好在電動(dòng)車輛中常需要數(shù)百伏電壓且作為蓄電器所使用的電池在此須提供高達(dá)數(shù)百千瓦的功率。作為這種電池的例子，尤其采用被稱為牽引用電池的、若干獨(dú)立蓄電池單池的聯(lián)合體，它們因高效和蓄電能力強(qiáng)的緣故而具有高的電壓電位，這對(duì)于車輛乘客并且也對(duì)于在也被稱為車禍的事故情況下的救援者來說可能是危險(xiǎn)的危險(xiǎn)來源，例如因?yàn)橛纱嗽斐傻幕馂?zāi)、爆炸或類似情況的危險(xiǎn)。
[0002]現(xiàn)在，為了一方面通過遵守蓄電池的允許電壓范圍保證所需要的使用安全性且另一方面提供在事故情況下的安全性，通常采用所謂的電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)尤其用于防止若干蓄電池單池或整個(gè)電池的可能引發(fā)電池燃燒或爆炸的失控短路。因此，已知的電池管理系統(tǒng)的一部分尤其也是用于在全電動(dòng)車輛或半電動(dòng)車輛出事故時(shí)降低人員風(fēng)險(xiǎn)的安全裝置，其如此構(gòu)造，即主電池與相應(yīng)的耗電負(fù)載的連接可以在發(fā)生事故時(shí)被斷開。
[0003]作為這種用于在車禍時(shí)避免對(duì)人員高危的電壓電位的安全裝置的例子，DE102011013182A1描述了一種在電動(dòng)車的牽引用電池上的裝置，其中設(shè)有各種隔離機(jī)構(gòu)，它們按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)將蓄電池單池相互隔離以及與車輛電路隔離。所述隔離機(jī)構(gòu)在此是手動(dòng)操縱的安全開關(guān)，它尤其包含手動(dòng)緊急開關(guān)以及基于無線電的可外部操縱的用于觸發(fā)單池組隔離過程的開關(guān)元件。所述安全開關(guān)在DE102011013182A1中以常見的通電的配電繼電器或者電子功率開關(guān)形式構(gòu)成，其需要電流源以便能被操縱。
[0004]這種電子功率開關(guān)的工作原理的示意圖可以從圖5中得到，在此，電動(dòng)操作的功率開關(guān)91可以斷開電池92與功率接收器93如電動(dòng)車的或混合動(dòng)力車的電動(dòng)機(jī)之間的電連接。但是，為此所需的可用以控制功率開關(guān)91以斷開所述電連接的電信號(hào)可能因車輛自身常見的12伏電池由事故決定的失效而或許不再是無故障的或根本無法再被提供。因此，無法總能可靠保證電池92與功率接收器93之間的斷開。但是，因事故而受損的、在電池和耗電負(fù)載之間具有接通的電流連接的電動(dòng)車或混合動(dòng)力車可能將急救員、救援者以及乘客本身置于嚴(yán)重的危險(xiǎn)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]現(xiàn)在，為了解決已知現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種用于電池且最好是用于電動(dòng)車或混合動(dòng)力車的充電電池的開關(guān)裝置，其中該開關(guān)裝置可通過聲諧振效應(yīng)被操作，以斷開電池的對(duì)外導(dǎo)電線即電池與耗電負(fù)載例如電動(dòng)機(jī)之間的電連接。因此，本發(fā)明的一個(gè)主要方面在于，作為常見的電動(dòng)操作的功率開關(guān)的替代或補(bǔ)充，設(shè)有另一個(gè)開關(guān)裝置，它可以通過非接觸信號(hào)被操作并且不從車輛電池例如按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的12伏車載電池獲取電流。由此可以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車內(nèi)的電流供應(yīng)的可靠中斷。術(shù)語“聲諧振效應(yīng)”與此相關(guān)地代表與聲音相關(guān)的諧振對(duì)本發(fā)明開關(guān)裝置的效應(yīng)或作用，即通過開關(guān)裝置固有頻率的諧振提升，它由借助目標(biāo)明確的聲波的至少一次激振被觸發(fā)。這種因目標(biāo)明確的聲波而出現(xiàn)的、也被稱為定向特定諧振頻率信號(hào)的諧振觸發(fā)信號(hào)優(yōu)選具有預(yù)定的方向特性，其中該聲波信號(hào)由功率強(qiáng)勁的定向細(xì)聲束或細(xì)音束構(gòu)成并可被用于對(duì)準(zhǔn)小的目標(biāo)。所述目標(biāo)可以通過該定向聲音信號(hào)被激勵(lì)諧振，在此，可以通過諧振提升而做到目標(biāo)破壞。為此，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置是一種也被稱為緊急斷路開關(guān)的緊急開關(guān)。
[0006]為了現(xiàn)在通過這種諧振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的開關(guān)裝置的操作，它最好具有至少一個(gè)通過彈簧件被預(yù)緊的容器，該容器通過聲諧振或換言之通過聲音激振而可能破壞其諧振頻率。該彈簧件且最好是螺旋彈簧、碟簧或類似件通過抵接彈簧地安置該容器而被預(yù)壓緊，由此在彈簧件內(nèi)積蓄彈簧能量。在與聲諧振相關(guān)地?fù)p壞了該容器之后，該彈簧件可伸長(zhǎng)，由此該開關(guān)裝置被打開，例如做法是支承該容器的一個(gè)元件即支承件例如用作作為導(dǎo)電線一部分的接觸底板的板通過該彈簧件被頂離導(dǎo)電線，并且相應(yīng)地?cái)嚅_導(dǎo)電線。最好在此使該支承件移動(dòng)離開導(dǎo)電線，從而也能中斷在大致450伏時(shí)的例如1000安培或更高的大電流。作為本發(fā)明開關(guān)裝置的一部分的容器最好是空心體，它由易碎材料構(gòu)成。由此，可以通過聲諧振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)容器的可靠破壞。這樣的易碎材料在此可以是陶瓷材料如高嶺石或類似材料或者玻璃材料如堿石灰玻璃或類似材料。為了能可靠打破容器，最好須遇到容器的相關(guān)諧振頻率，該信號(hào)須具有所需的聲強(qiáng)或聲功率，且須盡量準(zhǔn)確地用細(xì)窄成形的聲束擊中所述目標(biāo)即容器以便盡量強(qiáng)地激勵(lì)容器的諧振提升。容器材料為此必須是精心挑選的且與聲音信號(hào)協(xié)調(diào)，從而諧振效應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)在車輛正常行駛狀態(tài)中。另外，該諧振頻率也必須是精心挑選的，從而觸發(fā)的聲音信號(hào)不會(huì)與其它的無線應(yīng)用重疊或其它無線應(yīng)用不會(huì)在容器中引起諧振效應(yīng)。為了防止對(duì)車輛或車輛電池的破壞行為，必須保持該容器的諧振頻率對(duì)所有參與乘客是隱秘的。
[0007]尤其還為了能夠阻止在突出的支承件和導(dǎo)電線之間可能有的也被稱為電弧放電的電弧，本發(fā)明開關(guān)裝置的容器可以具有惰性氣體例如環(huán)保的滅弧氣體，其最好包含二氧化碳、氬氣或氮?dú)?。因此，通過在容器破損時(shí)釋放惰性氣體，可以獲得在支承件和導(dǎo)電線之間的潛在生成的電弧的快速滅弧或消滅，由此可以獲得導(dǎo)電線在容器損壞后的可靠中斷。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)觀點(diǎn)，提供一種具有用于中斷電池的對(duì)外導(dǎo)電線的可電動(dòng)操作的功率開關(guān)及至少一個(gè)如上所述的開關(guān)裝置的電池，其中所述功率開關(guān)和開關(guān)裝置串聯(lián)，即在導(dǎo)電線中前后布置，從而該開關(guān)裝置能在可電動(dòng)操作的功率開關(guān)對(duì)此不再有能力的情況下造成導(dǎo)電線的中斷。為了在車輛事故情況下在事故地點(diǎn)允許急救員或救護(hù)者識(shí)別在該電池中的本發(fā)明開關(guān)裝置的開關(guān)狀態(tài)，該開關(guān)裝置可從外側(cè)看到地安置在電池的殼體中，最好是設(shè)于該殼體內(nèi)的視窗中，通過該視窗可以從電池外面看到容器狀態(tài)即容器完好無損或受損的狀態(tài)，進(jìn)而看到開關(guān)裝置的開關(guān)狀態(tài)，并且可以相應(yīng)地評(píng)估由電池帶來的潛在危險(xiǎn)。為了通過聲音作用破壞本發(fā)明開關(guān)裝置的容器，可以在電池中或電池上設(shè)有用于輸出聲音信號(hào)的信號(hào)發(fā)送器，例如膜片式發(fā)射器或類似物。
[0009]作為其替代方式，也可以在電池外設(shè)置這樣的信號(hào)發(fā)送器，例如以救援者的所提供的輔助工具形式，只要輸出的聲音信號(hào)能以足夠高的強(qiáng)度一直前進(jìn)至該開關(guān)裝置。但在任何情況下須限制諧振信號(hào)的波譜，從而通過信號(hào)發(fā)送器的輸出功率產(chǎn)生在由開關(guān)裝置形成的緊急開關(guān)和聲音信號(hào)發(fā)送器之間的有效的柔軟起伏(Weichreite)，例如為0.5米或更短。該信號(hào)發(fā)送器還可以最好具有自身的電流源例如自身為此設(shè)置的電池，用于保證信號(hào)發(fā)送器的功能。
[0010]尤其為了識(shí)別在開關(guān)裝置附近存在氣體，電池還可以具有氣體傳感器，其例如能確定惰性氣體流出該容器，即容器損壞或破損。由此，基本可以確認(rèn)雖然不一定操作該開關(guān)裝置但氣體可以流出容器的容器輕微損壞，并且對(duì)外發(fā)信表示需要維修開關(guān)裝置等，例如通過更換開關(guān)裝置或至少更換開關(guān)裝置的容器。
[0011]最后，本發(fā)明的電池基本可以由多個(gè)蓄電池單池構(gòu)成的聯(lián)合體構(gòu)成，最好由鋰離子電池的聯(lián)合體或結(jié)合體構(gòu)成，它們可以眾所周知地作為電源被用在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車中。
[0012]針對(duì)電動(dòng)車的或混合動(dòng)力車的電池，本發(fā)明的開關(guān)裝置除了提供通常已設(shè)有的用于中斷在車輛的電池和耗電負(fù)載之間的導(dǎo)電線的可電動(dòng)操作的功率開關(guān)外，還提供附加的中斷開關(guān)。但該附加的緊急開關(guān)未利用與事故相關(guān)地受到失效威脅的12伏車載電池，而是與車輛電流無關(guān)地或者說與12伏車載電池?zé)o關(guān)地工作。由此可以保證在事故情況下的導(dǎo)電線的中斷，如果可電動(dòng)操作的功率開關(guān)失效，從而通過破壞在電池和耗電負(fù)載之間的導(dǎo)電線來保護(hù)急救員、救護(hù)者或還有乘客自身免于電擊。
【附圖說明】
[0013]圖1示出具有處于接通狀態(tài)的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的開關(guān)裝置的電動(dòng)車的電路不意圖；
圖2示出具有處于打開狀態(tài)的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的開關(guān)裝置的圖1所示的電動(dòng)車電路的示意圖；
圖3示出具有用于處于接通狀態(tài)的如圖1和圖2所示的開關(guān)裝置的容器的視窗的電池；圖4示出如圖3所示的、具有用于處于打開狀態(tài)的如圖1和圖2所示的開關(guān)裝置的容器的視窗的電池；
圖5示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)車的電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖1和圖2中示出本發(fā)明的開關(guān)裝置I的優(yōu)選實(shí)施方式，其基于圖5所示的現(xiàn)有技術(shù)在電動(dòng)車或混合動(dòng)力車的電池2和作為功率負(fù)載的電動(dòng)機(jī)3之間與電動(dòng)操作的功率開關(guān)21串聯(lián)地布置在導(dǎo)電線4中。功率開關(guān)21在圖1和圖2中確實(shí)如圖所示位于電池2外，但其最好是電池2的一體組成部分。功率開關(guān)21由(未示出)12伏車載電池供應(yīng)電流。如圖1所示處于接通狀態(tài)的且此時(shí)電池2和電動(dòng)機(jī)3之間的導(dǎo)電線是接通的開關(guān)裝置I與功率開關(guān)21相似地如圖所示位于電池2外，但也最好是電池2的一體組成部分。功率開關(guān)21在接通狀態(tài)下接通導(dǎo)電線4的觸點(diǎn)41、42之間的接觸。開關(guān)裝置I與12伏車載電池(未示出)無關(guān)。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的開關(guān)裝置I基本由在此優(yōu)選實(shí)施方式中呈螺旋彈簧形式的彈簧件11構(gòu)成，該彈簧在一側(cè)與一個(gè)支承件一體連接并在另一側(cè)被固定，例如固定在一個(gè)固定不動(dòng)的部件112上。在此優(yōu)選實(shí)施方式中呈具有彈簧頭部的板111形式的支承件支承或保持容器12，該容器在其與板111對(duì)置的一側(cè)被固定就位，例如通過接觸面113。板111具有多個(gè)觸點(diǎn)1111和1112，其中，觸點(diǎn)1111在開關(guān)裝置I接通狀態(tài)下與導(dǎo)電線4的一個(gè)觸點(diǎn)43接觸，而觸點(diǎn)1112在開關(guān)裝置I接通狀態(tài)下與導(dǎo)電線4的一個(gè)觸點(diǎn)44接觸。容器12被夾緊在板111和接觸面113之間，其中彈簧件11提供將板111壓向容器12的預(yù)緊力。容器12在本發(fā)明開關(guān)裝置I的優(yōu)選實(shí)施方式中由空心玻璃容器構(gòu)成，空心玻璃容器用惰性滅弧氣體充滿。在正常情況下即在車輛正常運(yùn)行中，沒有出現(xiàn)諧振激振頻率并且容器12應(yīng)保持完整無損。作為緊急開關(guān)的開關(guān)裝置I為此保持在平衡狀態(tài)下，此時(shí)容器12保持其外形。此時(shí)如此設(shè)定容器12的長(zhǎng)度，S卩，板111在其觸點(diǎn)1111、1112保持與導(dǎo)電線4的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)43、44的緊密接觸。彈簧件11處于壓緊狀態(tài)，但在此壓緊狀態(tài)下該彈簧件因容器12完好無損而不會(huì)將板111頂離所述觸點(diǎn)43、44。
[0015]在圖2中，除了圖1所示的零部件之外，還示出了信號(hào)發(fā)送器22，它如該圖所示位于電池2外。信號(hào)發(fā)送器22能夠例如在車輛事故情況下或是自動(dòng)地或是依據(jù)指令發(fā)出聲音信號(hào)221，該指令可以由乘客或急救員或救護(hù)者在事故地點(diǎn)發(fā)出。用于可靠破壞容器12的聲音信號(hào)221須被選擇成它遇到玻璃容器12的諧振頻率，聲音信號(hào)具有所需要的聲強(qiáng)或聲音功率且恰好對(duì)準(zhǔn)容器12。如果滿足這些前提條件，則容器12被激勵(lì)諧振，容器12的外壁由此被破壞，即容器12的玻璃壁破碎，位于容器12內(nèi)的惰性滅弧氣體流出，尤其如圖2所示。通過打破容器12，如圖2所示通過破碎的容器12’，板111現(xiàn)在可以通過彈簧11被頂離其支承點(diǎn)，由此，開關(guān)裝置I被打開且因而導(dǎo)電線4中斷。通過這種方式方法，即便功率開關(guān)21如圖2所示保持接通，導(dǎo)電線4也被中斷。因此，換言之，在緊急情況下通過信號(hào)發(fā)送器22產(chǎn)生諧振激振，諧振激振不是自動(dòng)觸發(fā)的，而是由乘客、救護(hù)者或急救員人工觸發(fā)的。開關(guān)裝置I由此不再處于其平衡狀態(tài)，因?yàn)槿萜?2通過由信號(hào)發(fā)送器22產(chǎn)生的具有一定的聲音諧振頻率和一定的聲音功率的諧振激振被置于諧振中，借此破碎并因而不再是完好無損的。由此使彈簧11能夠伸長(zhǎng)，由此，板111連同其觸點(diǎn)1111、1112被頂離導(dǎo)電線4或觸點(diǎn)43、44，因此導(dǎo)電線4中斷。
[0016]圖3和圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的電池2。電池2在此具有作為電池殼的殼體20，其具有設(shè)于其中的視窗201用于目視控制容器12的完整性，在視窗至少部分看到開關(guān)裝置I。此外，在圖3中能看到處于正常的完好無損狀態(tài)即在事故前的車輛正常狀態(tài)下的電池2，其中該開關(guān)裝置I處于接通狀態(tài)。這可以如此來識(shí)別，能在視窗201內(nèi)看到完好無損的容器12。由此可以得出板111的觸點(diǎn)1111、1112與導(dǎo)電線4的觸點(diǎn)43、44緊密接觸，由此，導(dǎo)電線4未被中斷。即，如圖3所示的視圖是呈現(xiàn)給觀看者的圖像，觀看者查看在開關(guān)裝置I未觸發(fā)狀態(tài)下的電池2。如果開關(guān)裝置I現(xiàn)在要被觸發(fā)以便例如在事故情況下保護(hù)觀看者免于電擊，則可以利用相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送器22對(duì)準(zhǔn)視窗201且因此準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)容器12，并通過呈聲波或聲波信號(hào)形式的信號(hào)輸出將其破壞，而不必接觸電池2。
[0017]與之相比，圖4所示的視圖示出呈現(xiàn)給觀看者的圖像，觀看者在查看在開關(guān)裝置I已觸發(fā)而打開狀態(tài)下的電池2，例如在通過信號(hào)發(fā)送器22目標(biāo)明確地將聲音信號(hào)對(duì)準(zhǔn)視窗201之后。此時(shí)，可以在視窗201內(nèi)看到容器12’在其諧振激振之后不再是完好無損的，而是被破壞，并且板111被向上頂離，由此，板111的觸點(diǎn)1111、1112被頂離導(dǎo)電線4的觸點(diǎn)43、44，因而導(dǎo)電線4被中斷。觀看者因此能夠得出電池2不再通過施加電流而對(duì)他是危險(xiǎn)。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域，考慮用于電動(dòng)車或混合動(dòng)力車的牽引用蓄電池。但也可以想到本發(fā)明的開關(guān)裝置I的其它應(yīng)用領(lǐng)域，例如用在使用者應(yīng)該能夠人工中斷電池的電流導(dǎo)電的電池應(yīng)用中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于電池(2)的開關(guān)裝置(I)，其中，該開關(guān)裝置(I)能通過聲諧振效應(yīng)被操作以斷開該電池(2)的對(duì)外導(dǎo)電線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置(I)，其中，該開關(guān)裝置(I)具有至少一個(gè)通過彈簧件(11)被預(yù)緊的容器(12)，該容器能通過聲諧振被損壞。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)裝置(I)，其中，該容器(12)是由易碎材料構(gòu)成的空心體。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的開關(guān)裝置(I)，其中，該容器(12)由陶瓷材料或玻璃材料構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的開關(guān)裝置(I)，其中，該容器(12)具有惰性氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)裝置(I)，其中，該惰性氣體是滅弧氣體，最好是二氧化碳、氬氣或氮?dú)狻?.—種電池(2)，具有用于斷開該電池(2)的對(duì)外導(dǎo)電線的電動(dòng)操作的功率開關(guān)(21)和至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的開關(guān)裝置(I)，其中該功率開關(guān)(21)和該開關(guān)裝置(1)串聯(lián)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池(2)，其中，該開關(guān)裝置(I)從外面可見地設(shè)置在該電池(2)的殼體(20)內(nèi)，最好在設(shè)于該殼體(20)內(nèi)的視窗(201)中。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電池(2)，其中，所述電池(2)還具有用于輸出聲音信號(hào)的信號(hào)發(fā)送器(22)。10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的電池(2)，其中，該電池(2)還具有氣體傳感器。11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的電池(2)，其中，該電池(2)具有多個(gè)蓄電池單池且最好是鋰離子電池的聯(lián)合體。
【文檔編號(hào)】H01M2/34GK105993086SQ201580009047
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日
【發(fā)明人】C.陳
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司