DE102013108641A1

DE102013108641A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Gas zum Aufblasen eines Airbags

Info

Publication number: DE102013108641A1
Application number: DE102013108641.1A
Authority: DE
Inventors: Mats Johanson; David STURK
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2014-02-20
Also published as: US20140048422A1; US9550472B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Personenschutzeinrichtung in einem Fahrzeug. Die Schutzeinrichtung umfasst einen Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') in einer Fluidverbindung mit einem Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) und eine Steuereinheit (12). Die Steuereinheit (12) ist dazu eingerichtet, den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums zu aktivieren, damit Gas durch den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') in den Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) abgegeben wird und der Druck in dem Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) erhöht wird. Der Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') umfasst wenigstens eine elektrochemische Zelle (13), die dazu eingerichtet ist, Gas zu erzeugen, wenn der elektrische Zustand der elektrochemischen Zelle (13) durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert wird.

Description

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Personenschutzeinrichtung in einem Fahrzeug. Die Personenschutzeinrichtung umfasst einen Gaserzeuger in einer Fluidverbindung mit einem Behälter. Die Personenschutzeinrichtung umfasst auch eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Gaserzeuger bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums zu aktivieren, damit Gas durch den Gaserzeuger in den Behälter abgegeben wird und der Druck in dem Behälter erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aktivieren eines Gaserzeugers bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums, damit Gas durch den Gaserzeuger in den Behälter abgegeben wird und der Druck in dem Behälter erhöht wird.
Die meisten modernen Kraftwagen sind mit wenigstens einer Airbageinheit ausgerüstet, wobei jede Airbageinheit mit einem Gaserzeuger in Verbindung steht. Im Fall einer Kollision ist ein Kollisionssensor dazu eingerichtet, den Gaserzeuger zu aktivieren, der dann den Airbag rasch mit Gas füllt, damit dieser aufgeblasen wird. Unter Gaserzeuger ist im Simme der Erfindung eine aus einem für die Produktion eines Aufblasgases für den Airbag eingerichten Gasgenerator und einem die Zündung des Gasgenerators herbeiführenden Zünder mittels eines im Zünder erzeugten Gases bestehende Einheit zu verstehen.
Normalerweise umfasst ein Gasgenerator als Gaserzeuger Schießpulver oder eine andere ähnliche hochexplosive und brennbare Verbindung als Treibmittel, das gezündet wird, wenn der Gaserzeuger aktiviert wird. Die Schnelligkeit der Gaserzeugung hängt von dem Druck in dem Gasgenerator ab, und daher besteht das Gehäuse aus Stahl und ist seine Form zylindrisch.
Mit den heute verwendeten Gaserzeugern ist eine Anzahl von Problemen verbunden, die nachstehend besprochen werden.
Airbags mit Gaserzeugern werden gewöhnlich als Gefahrengüter angesehen, weshalb ihre Handhabung und ihr Transport gemäß bestimmten Vorschriften erfolgen muss; ein versehentliches Auslösen einer Aufblasvorrichtung kann zu Verletzungen führen. Die Deaktivierung von Airbags wird individuell vorgenommen und kann ein Handanlegen durch Fachpersonal erfordern. Am Ende der Lebensdauer eines Fahrzeugs ist das sichere Abmontieren und Handhaben von bestehenden Airbags mit Gaserzeugern ebenfalls ein gefährlicher Vorgang.
Wie oben erwähnt sind die Gestaltungen herkömmlicher Gasgeneratoren als Gaserzeuger auf zylindrische Formen beschränkt. Überdies sind ihre Gestaltungen oft auf bestimmte Anwendungen für jede Art von Aufblasvorrichtung beschränkt. Große Airbags, zum Beispiel für eine Dreier-Sitzreihe, können sehr große Gasgeneratoren benötigen, um eine gleichmäßige Verteilung der Befüllung zu erzeugen. Dies führt zu Problemen im Hinblick auf das Gewicht und die Größe.
Die gleichen Probleme sind bei anderen Sicherheitselementen eines Fahrzeugs, die durch Gaserzeuger angetrieben werden, wie etwa Sicherheitsgurtvorspannern und Motorhaubenhebevorrichtungen ersichtlich.
Es besteht daher ein Bedarf an einer neuen Art von Gaserzeuger, der in der Handhabung sicherer ist und weniger Beschränkungen im Hinblick auf die Gestaltung und die Form aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Gaserzeuger gemäß dem Vorstehenden bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Personenschutzeinrichtung in einem Fahrzeug erfüllt. Die Personenschutzeinrichtung umfasst einen Gaserzeuger, der in einer Fluidverbindung mit einem Behälter steht. Die Personenschutzeinrichtung umfasst auch eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den Gaserzeuger bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums zu aktivieren, damit Gas durch den Gaserzeuger in den Behälter abgegeben wird und der Druck in dem Behälter erhöht wird. Der Gaserzeuger umfasst wenigstens eine elektrochemische Zelle, die dazu eingerichtet ist, Gas zu erzeugen, wenn der elektrische Zustand der elektrochemischen Zelle durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert wird.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Aktivieren eines Gaserzeugers bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums, damit Gas durch den Gaserzeuger in den Behälter abgegeben wird und der Druck in dem Behälter erhöht wird, erfüllt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Veränderns des elektrischen Zustands von wenigstens einer elektrochemischen Zelle, die von dem Gaserzeuger verwendet wird, durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand.
Insofern ist die Erfindung bei aus Zünder und Gasgenerator bestehenden Gaserzeugern sowohl bei den Zündern als auch bei den Gasgeneratoren einsetzbar.
Nach einem Beispiel ist der erste Zustand ein geladener Zustand und der zweite Zustand ein wenigstens teilweise entladener Zustand, wobei die zustandsverändernde Handlung durch ein Entladen der elektrochemischen Zelle gebildet ist. Das Entladen erfolgt vorzugsweise in der Form eines wenigstens teilweisen Kurzschlusses.
Nach einem anderen Beispiel ist der erste Zustand ein entladener Zustand und der zweite Zustand ein geladener Zustand. Die zustandsverändernde Handlung ist durch einen Ladespannungsimpuls gebildet, der an elektrische Anschlüsse ungelegt wird, die in einem elektrischen Kontakt mit der elektrochemischen Zelle stehen.
In diesem Fall kann der Ladespannungsimpuls durch eine Batterie bereitgestellt werden, die bereits in dem Fahrzeug vorhanden ist. Die Batterie kann die Form einer Starterbatterie oder einer Antriebsbatterie aufweisen.
Nach einem anderen Beispiel kann die Personenschutzeinrichtung eine Airbageinheit umfassen und kann der Behälter durch wenigstens einen Airbag gebildet sein.
Nach einem anderen Beispiel kann jede elektrochemische Zelle eine Verbindung mit Ionentransportfähigkeiten umfassen, die Wärme und Gas erzeugt, wenn sie einer zustandsverändernden Handlung ausgesetzt wird.
Andere Beispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Anzahl von Vorteilen geboten. Zum Beispiel

– ist ein Gaserzeuger ohne jegliche elektrische Ladung nicht gefährlich, so dass er als Standardbestandteil gehandhabt werden kann.
– Eine elektronische Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs kann den Betriebszustand und das gegenwärtige Aufblasverhalten des Gaserzeugers bewerten, wann immer dies während seiner vollständigen Lebensdauer erforderlich ist.
– Durch elektronisches Deaktivieren kann ein unbeabsichtigtes Auslösen vermieden werden.
– Diese Gaserzeuger können wiederverwertet werden.
– Diese Gaserzeuger verfügen über eine adaptive Geometrie, die so gebildet werden kann, dass sie für viele besondere Airbageinheitsgestaltungen passend ist, so dass das Gewicht und der Raum, das bzw. der durch die Airbageinheiten hinzukommt, verringert werden.
– Die Geschwindigkeit wie auch die Dauer der Gaserzeugung können gesteuert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden, wobei
1 eine schematische aufgeschnittene Seitenansicht eines Teils eines Fahrzeugs zeigt;
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Gaserzeugers nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine schematische teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zelle zeigt;
4 eine schematische teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer zweiten Art von Airbageinheit zeigt;
5 eine schematische teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf ein Lenkrad, das eine dritte Art von Airbageinheit umfasst, zeigt;
6 eine schematische aufgeschnittene obere Seitenansicht eines Vorhang-Airbags zeigt; und
7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Kolbens mit einem Zylinder, der mit einem Gaserzeuger verbunden ist, zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine schematische aufgeschnittene Seitenansicht eines Teils eines Fahrzeug 1, wobei eine Person 2, die das Fahrzeug fährt, in dem Vordersitz 3 positioniert ist. Das Fahrzeug 1 weist in seiner normalen Vorwärtsfahrtrichtung eine Fahrzeuglängsausdehnung L auf, und entlang einer Seite des Dachs 5 des Fahrzeugs ist eine erste Art von Airbageinheit 4 eingerichtet. Die Airbageinheit 4 erstreckt sich hauptsächlich parallel zu der Fahrzeuglängsausdehnung L. Die Airbageinheit 4, die hier aufgeblasen gezeigt ist, umfasst einen Airbag 6, der als Vorhang, welcher das Seitenfenster 7 wenigstens teilweise bedeckt, einen seitlichen Anprallschutz bereitstellen soll. Dieser Airbag 6 kann als Vorhang-Airbag bezeichnet werden.
Die Airbageinheit 4 umfasst auch einen Gaserzeuger 8, der vor dem Aufblasen des Airbags 6 durch eine Steuereinheit 12 aktiviert wurde, welche Steuereinheit 12 so angeschlossen ist, dass sie einen Eingang von einem Kollisionsdetektor 9 erhält. Die Steuereinheit 12 und der Kollisionsdetektor 9 sind in 1 nur schematisch angegeben, da sie Bestandteile von einer bisher bekannten Art sind.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines als Gasgenerator oder als Zünder einsetzbaren Gaserzeugers 8. Nach der vorliegenden Erfindung umfasst der Gaserzeuger 8 mehrere elektrochemische Zellen 13 (aus Klarheitsgründen sind in 2 nur einige wenige angegeben). Bitte beachten Sie, dass die elektrochemischen Zellen 13 verschiedenartig mit unterschiedlichen Formen und Gestaltungen sein können, und dass die Anzahl der elektrochemischen Zellen 13 variieren kann. Die elektrochemischen Zellen 13 sind in 2 nur schematisch angegeben.
Die elektrochemischen Zellen 13 sind dazu eingerichtet, Gas zu erzeugen, wenn der elektrische Zustand der elektrochemischen Zellen 13 durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert wird. Der Gaserzeuger 8 umfasst elektrische Anschlüsse 10, 11.
Der Aufbau nach 1 wird später zusammen mit einigen anderen Beispielen für Airbageinheiten, bei denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, besprochen werden.
Im Folgenden bezieht sich der Ausdruck Gaserzeuger auf einen elektrochemischen Gaserzeuger.
3 zeigt eine schematische teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine elektrochemische Zelle 13. Die elektrochemische Zelle 13 ist aus einem Sandwichaufbau 20 gebildet, der auf eine bisher bekannte Weise geschichtete elektrochemisch aktive Platten in einem Gehäuse 21 umfasst. Jede Platte umfasst ein positives und ein negatives aktives Material und ein Trennelement, d. h., eine Membran, die mit einem Elektrolyt gefüllt ist. Zum Beispiel kann die Dicke jeder Platte des Sandwichaufbaus 20 in der Größenordnung von 100 nm liegen. In diesem Fall bedeutet dies, dass der Sandwichaufbau 20 bei einer Dicke von 3 mm etwa 30 elektrochemisch aktive Platten umfasst.
Die elektrochemischen Platten in dem Sandwichaufbau 20 können als aufgerollte zylinderförmige Zellen oder als Stapel von mehreren Platten, um einen Pouchzellenaufbau zu bilden, angeordnet sein. Im Fall einer zylindrischen Form können die elektrochemischen Zellen 13 als separate Zylinder oder als mehrere seriell verbundene Zylinder, die zusammen einen längeren Zylinder bilden, angeordnet sein. Auf diese Weise können zylinderförmige Zellen gemeinsam angeordnet werden, wodurch ein längerer Zylinder gebildet wird, während Pouchzellen gemeinsam angeordnet werden können und Blöcke von maßgeschneiderten Formen, zum Beispiel wie in 2 gezeigt rechteckig, gebildet werden können.
Nach einem ersten Beispiel entspricht der erste Zustand einem geladenen Zustand und entspricht der zweite Zustand einem entladenen Zustand. Genauer wird der Gaserzeuger 8 durch Laden seiner elektrochemischen Zellen 13 über die elektrischen Anschlüsse 10, 11 auf einen bestimmten Ladezustand (SOC), der einer Vergasungsgeschwindigkeit und Eigenschaften, die zur Optimierung des Verhaltens des Gaserzeugers 8 erzielt werden sollen, entspricht, bereit gemacht. Zu diesem Zweck sind die elektrischen Anschlüsse 10, 11 entweder seriell, parallel, oder in einer Kombination davon an die elektrochemischen Zellen 13 angeschlossen. Das Laden erfolgt vorzugsweise nach dem Anbringen der Airbageinheit 4 in dem Fahrzeug 1, um während des Transports und der Anbringung Unfälle zu vermeiden.
Auf diese Weise wird Energie zur Erzeugung von Gas in einem elektrochemisch aktiven Material gespeichert, wobei ein Kathodenmaterial zum Beispiel durch Kobaltdioxid gebildet sein kann, das in Li-Ionen-Zellchemien, die als Lithium-Ionen-Batteriechemien der ”Generation 1” bezeichnet werden, verwendet wird und dafür bekannt ist, Gas zu erzeugen, wenn es ”missbräuchlichen” Bedingungen wie etwa einer Einwirkung durch erhöhte Temperaturen aufgrund von hohen Strömen oder einer Überladung ausgesetzt wird: 3CoO₂ → Co₃O₄ + O₂, worauf der Zerfall eines der Elektrolytlösemittel, Dimethylcarbonat (DMC), folgt: DMC + 3O₂ → 3CO₂ + H₂O.
Andere Beispiele für Elektrolytlösemittel, die in elektrochemischen Zellen auf Lithium-Ionen-Basis gebräuchlich sind, sind Ethylencarbonat (EC) und Diethylcarbonat (DEC). Die gasförmigen Produkte, die erzeugt werden, wenn Alkylcarbonate wie diese Lösemittel mit Sauerstoff, der beim Zerfall der Kathode freigesetzt wird, zerfallen, sind CO₂, CO, O₂, CH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆ und C₃H₈. Die reaktive Umgebung, die aktiviert wird, wenn der Gaserzeuger in Betrieb gesetzt wird, wird die Kohlenwasserstoffe weiter verbrennen, wodurch eine endgültige Gaszusammensetzung erzeugt wird, die hauptsächlich aus CO₂ besteht.
Andere elektrochemisch aktive Materialien können ebenfalls verwendet werden, wie zum Beispiel Manganspinell (Mn₂O₄) oder Titanate (TiO).
Wenn der Gaserzeuger 8 aktiviert wird, werden die elektrischen Anschlüsse 10, 11 so kurzgeschlossen, dass die gespeicherte elektrische Energie entladen wird, was dazu führt, dass durch chemische Reaktionen, die das aktive Material zersetzen, Gas erzeugt wird.
Diese Art von aufladbarem Gaserzeuger 8 kann über seine elektrischen Eigenschaften fortlaufend überwacht werden, um seinen gegenwärtig betriebsbereiten Zustand und die Explosionskraft sicherzustellen. Letzteres wird helfen, die Geschwindigkeit der Gaserzeugung im Verhältnis zu der Alterung des Gaserzeugers 8 oder seiner einzelnen Bestandteile, z. B. des Materials eines Airbags, während seiner Verwendungslebensdauer zu optimieren.
Es ist auch möglich, durch eine adaptive Aufladbarkeit und paralleles oder serielles Anordnen der elektrochemischen Zellen 13 ein maßgeschneidertes Aufblasverhalten zu erhalten.
Am Ende der Lebensdauer des Fahrzeugs 1 wird durch eine elektrische Deaktivierung des Gaserzeugers 8 unter Verwendung eines gesteuerten Entladens, wobei das gesteuerte Entladen vorzugsweise so gesteuert wird, dass es ein verhältnismäßig langsames Entladen ist, ein sicheres Abmontieren und Handhaben der Airbageinheit 4 ermöglicht.
Nach einem zweiten Beispiel entspricht der erste Zustand einem entladenen Zustand, während der zweite Zustand einem geladenen Zustand entspricht. Genauer wird die Airbageinheit 4 in dem Fahrzeug 4 eingerichtet und dann deaktiviert belassen, bis eine Kollision oder ähnliches auftritt. Wenn der Gaserzeuger 8 aktiviert wird, wird ein Ladespannungsimpuls an die elektrische Anschlüsse 10, 11 angelegt, damit im Inneren der elektrochemischen Zellen 13 eine Zersetzungsreaktion begonnen wird, die große Mengen an Gas erzeugen wird. Dies wird gestatten, dass der Gaserzeuger 8 völlig harmlos ist, bis er aktiviert wird. Der Ladespannungsimpuls kann durch eine Batterie 15, die bereits im Fahrzeug 1 vorhanden ist, bereitgestellt werden, wobei die Batterie in 1 nur schematisch angegeben ist. Eine solche Batterie 15 kann die Form einer herkömmlichen Starterbatterie oder einer Antriebsbatterie 15 wie jener, die sich in Elektro- oder in elektrischen Hybridfahrzeugen findet, aufweisen.
Der Lade- und Entladestrom einer Batterie wird durch die sogenannte C-Rate gemessen. Die C-Rate ist durch die folgende Gleichung definiert: C – Rate [h^–1] = Strom [A] / elektrische Kapazität [Ah].
Die obige Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen dem entladenen Strom und der Zeit, die nötig ist, um die elektrische Kapazität einer elektrochemischen Zelle vollständig zu leeren oder zu laden. Somit bedeutet eine hohe C-Rate einen hohen Strom in Bezug zu der elektrischen Kapazität der Zelle, während eine niedrige C-Rate bedeutet, dass während des Ladens oder Entladens ein geringer Strom fließt.
Herkömmliche elektrochemische Zellen können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden; Batterien und Kondensatoren. Die Gestaltung dieser Zellen kann wiederum in drei Hauptgestaltungsarten unterteilt werden, prismatisch, zylindrisch und Pouchzellen. Prismatische und zylindrische Zellen weisen gewöhnlich Metallgehäuse auf, während Pouchzellen wie vorher beschrieben eine geschichtete Folie umfassen, die zum Beispiel durch Polymer/Aluminium/Polymer gebildet ist. Herkömmliche Gehäuse sind dazu gestaltet, während der Lebenszeit der Einheit jedweden Zugang von Luft oder Feuchtigkeit zu den aktiven Materialien zu verhindern. Mehrere elektrochemische Zellen 13 können entweder in der Form einer Platte oder in der Form einer aufgerollten Platte angeordnet werden.
Sowohl Batterien und Kondensatoren als auch andere Speichervorrichtungen wie etwa Schwungräder wie auch alle Gestaltungsoptionen sind Kandidaten für die Verwendung als elektrochemische Zellen in Gaserzeugern nach der vorliegenden Erfindung, wobei die verwendeten Materialien die gewünschten Eigenschaften und Gaserzeugungsfähigkeiten bereitstellen werden. Der Gaserzeuger in 2 ist nur eine schematische Darstellung von elektrochemischen Zellen 13 in einem elektrochemischen Gaserzeuger, wobei alle Arten von Formen, Gestaltungen, Funktionalitäten und Konfigurationen von elektrochemischen Zellen vorstellbar sind. Der Gaserzeuger nach der vorliegenden Erfindung sollte wenigstens eine elektrochemische Zelle umfassen.
Es ist erwünscht, dass die elektrochemischen Zellen 13 in ihrem ungeladenen Zustand sicher und stabil sind, aber zu einer raschen Erzeugung von Gas angeregt werden können, wenn sie einer vordefinierten zustandsverändernden Handlung ausgesetzt werden, so dass während der Veränderung zu dem zweiten Zustand eine zustandsverändernde Bedingung besteht; zum Beispiel ein Stromschock mit hoher C-Rate wie die beschriebenen Lade- und Entladeprozesse, eine Wärmeeinwirkung oder ein mechanisches Durchstechen, zum Beispiel durch Zerquetschen oder das Eindringen eines Nagels.
Um dies zu erreichen, werden jene elektrochemisch aktiven Materialien verwendet, die ein elektrochemisches Zellmilieu herstellen, das fähig ist, ihre Zersetzungsreaktionen zu aktivieren, wenn sie einer wie oben erwähnten vordefinierten zustandsverändernden Handlung ausgesetzt werden. Als ein Beispiel sollten die Elektrolytbestandteile und die aktiven Materialien der Elektroden so gewählt werden, dass die Ionentransporteigenschaften des elektrochemischen Systems eine massive Wärme erzeugen werden, wenn die zustandsverändernde Bedingung besteht. Die erzeugte Wärme wird Zersetzungsreaktionen wie etwa ein thermisches Durchgehen aktivieren, und als Folge wird Gas erzeugt werden. Verschiedene Zusatzstoffe können in das System aufgenommen werden, um die gewünschten Eigenschaften zu steigern.
Die elektrochemischen Zellen können parallel wie auch seriell verbunden sein. Dies kann verwendet werden, um das Verhalten maßzuschneidern Zum Beispiel kann eine Anzahl von parallel verbundenen elektrochemischen Zellen einzeln in einer bestimmten Reihenfolge ausgelöst werden, damit ein gewünschtes Aufblasen erzeugt wird. Dieses Verfahren der Optimierung wird eine Gewichtsverringerung von Produkten, die große Gasvolumina benötigen, wie etwa Vorhang-Airbags gestatten, wie nachstehend beschrieben werden wird.
Bei dem Aufbau nach 1 ist der Gaserzeuger 8 aufgerollt und in den oberen Teil des Vorhang-Airbags eingenäht. Der Gaserzeuger 8 besteht aus mehreren parallel verbundenen elektrochemischen Zellen. Die Entfaltungseigenschaften und die Aufblaseigenschaften können durch einzelnes Auslösen der elektrochemischen Zellen maßgeschneidert werden.
Da die elektrochemischen Zellen gleichmäßig entlang der Länge des Vorhang-Airbags 6 verteilt sind, und wegen der Fähigkeit der Airbageinheit, maßgeschneiderte Entfaltungs- und Aufblaseigenschaften zu erzeugen, kann verglichen mit herkömmlichen Vorhang-Airbags eine Gewichtsverringerung erzielt werden.
Unter Bezugnahme auf 4, die eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer zweiten Art von Airbageinheit 4' zeigt, findet sich eine Airbageinheit 4', die einen gefalteten Airbag 6' und einen Gaserzeuger 8' umfasst, wobei der Gaserzeuger 8' analog zu der vorher erwähnten Pouchzelle Platten eines elektrochemisch aktiven Materials umfasst. Die Platten sind wie in 4 gezeigt in den gefalteten Airbag 6' aufgenommen.
Diese Airbageinheit 4' weist somit die Form eines elektrochemischen Sandwichaufbaus auf, der fähig ist, Gas zu erzeugen, wenn er einer wie oben besprochenen zustandsverändernden Handlung ausgesetzt wird.
5 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf ein Lenkrad 14, das eine dritte Art von Airbageinheit 4'' umfasst. Bei diesem Beispiel kann der Gaserzeuger 8'' durch eine prismatische Zelle oder eine Pouchzelle gebildet sein. Die flache Gestaltung erlaubt einen kleineren und leichten Airbag 6''. Überdies ist die Gestaltung nicht auf eine flache Oberfläche beschränkt. Statt dessen kann sie so eingebaut werden, dass sie der Krümmung des Airbaggehäuses folgt.
Unter Bezugnahme auf 6 findet sich eine Airbageinheit 4''', die einen Vorhang-Airbag 6''' umfasst. Bei diesem Aufbau ist der Gaserzeuger 8''' als Platte angebracht und in den oberen Teil des Vorhang-Airbags 6''' aufgenommen. Der Gaserzeuger 8''' ist hier durch eine einzelne Platte aus flachen elektrochemischen Zellen gebildet, die entweder seriell oder parallel verbunden sind. Die Entfaltungs- und die Aufblaseigenschaften können durch einzelnes Auslösen der elektrochemischen Zellen maßgeschneidert werden. Die elektrischen Anschlüsse 10''', 11''' sind in 6 ebenfalls angegeben.
Wenn ein Gaserzeuger 8''' verwendet wird, der elektrochemische Zellen umfasst, die über die Länge des Vorhang-Airbags 6''' gleichmäßig verteilt sind, wie bereits in 1 gezeigt wurde, wird im Vergleich zu herkömmlichen Vorhang-Airbags eine Gewichtsverringerung erzielt. Die Fähigkeit der Airbageinheit, maßgeschneiderte Entfaltungs- und Aufblaseigenschaften zu erzeugen, trägt ebenfalls dazu bei.
Im Allgemeinen kann bei allen obigen Beispielen je nach der verwendeten Art der Auslösung ein unbeabsichtigtes Auslösen durch elektronisches Deaktivieren des Gaserzeugers 8 vermieden werden. Ein geladener Gaserzeuger 8 sollte fähig sein, unter Verwenden eines verhältnismäßig langsamen Entladens ohne Entfaltung entladen zu werden. Somit wird nicht nur die Sicherheit während des Handhabungsprozesses verbessert, sondern auch die Möglichkeit zur Wiederverwertung ermöglicht.
Die Gestaltung des Gaserzeugers ist nicht auf zylindrische Formen beschränkt, sondern kann zum Beispiel eine Zylinder-, eine Block- oder eine Plattenform aufweisen. Die Geometrien eines Gaserzeugers gestatten, dass er entlang der Länge eines Airbags mit einer Längsausdehnung geführt wird, wie zum Beispiel in 1 veranschaulicht ist. Somit kann unter Verwendung einer Aufblasvorrichtung, die ein geringeres Gewicht aufweist und weniger Gasvolumen erzeugt, ein gleichmäßig verteiltes Aufblasen erreicht werden.
Da der gegenwärtige Betriebszustand eines Gaserzeugers während seiner Lebensdauer fortwährend überwacht werden kann, kann ein unverlässliches Verhalten des Gaserzeugers vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Aktivierung eines Gaserzeugers 8, 8', 8'', 8''' bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums, damit Gas durch den Gaserzeuger 8, 8', 8'', 8''' in einen Behälter 6, 6', 6'', 6''' abgegeben wird und der Druck in dem Behälter 6, 6', 6'', 6''' erhöht wird. Das Verfahren umfasst den Schritt des Veränderns des elektrischen Zustands von wenigstens einer elektrochemischen Zelle 13, die von dem Gaserzeuger 8, 8', 8'', 8''' verwendet wird, durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche frei variieren. Zum Beispiel können die elektrochemischen Zellen eines Gaserzeugers sowohl seriell als auch parallel oder in einer Kombination davon verbunden sein.
Durch die elektrischen Anschlüsse 10, 11 kann eine elektrische Entfaltung entweder durch einen Ladeimpuls oder einen Entladeimpuls in der Form eines Kurzschlusses gesteuert werden. Der Kurzschluss kann jede beliebige Art von Verbindung der elektrischen Anschlüsse 10, 11 sein, bei der der Widerstand zwischen den elektrischen Anschlüssen 10, 11 gesteuert werden kann, um die Entfaltung zu steuern. Auf die gleiche Weise kann auch der Ladeimpuls gesteuert werden, um die Entfaltung zu steuern. Auf diese Weise kann eine gewünschte Entfaltung des Airbags erhalten werden. Im Allgemeinen braucht kein bestimmter Entladeimpuls vorhanden zu sein, sondern eine beliebige Art der Entladung, die zu einer Gasabgabe führt. Eine solche Entladung kann die Form eines gesteuerten, wenigstens teilweisen Kurzschlusses aufweisen.
Wie oben erwähnt wird der elektrische Zustand der elektrochemischen Zelle von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert. Dies kann auf viele Weisen erreicht werden, und im Allgemeinen wird die Veränderung zu dem zweiten Zustand durch irgendeine Art von zustandsverändernder Handlung hervorgerufen, so dass während der Veränderung zu dem zweiten Zustand eine zustandsverändernde Bedingung besteht.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Personenschutzeinrichtung in einem Fahrzeug. Der Gaserzeuger der vorliegenden Erfindung kann daher dazu eingerichtet sein, andere Behälter als Airbags mit Gas zu füllen. Zum Beispiel ist unter Bezugnahme auf 7 vorstellbar, dass eine Personenschutzeinrichtung 4'''' durch eine Sicherheitsgurt-Vorspannvorrichtung oder eine Motorhaubenhebevorrichtung gebildet ist, wobei zum Beispiel eine Motorhaubenhebevorrichtung einen Kolben 16 umfassen kann, der in einer entsprechenden Bohrung 18 in einem Zylinder 17 beweglich ist, wobei die Zylinderbohrung 18 einen Behälter bildet, und ein Gaserzeuger 8''' eingerichtet ist, um diesen über eine geeignete Leitung 19 mit Gas zu füllen. Ein ähnlicher Aufbau kann für eine Sicherheitsgurt-Vorspannvorrichtung verwendet werden.
Der Gaserzeuger der vorliegenden Erfindung kann somit für Schutzeinrichtungen, die für Personen, die in einem Fahrzeug fahren, bestimmt sind, wie auch für Personen, die sich außerhalb eines Fahrzeugs befinden, wie Fußgänger oder Radfahrer, eingerichtet werden.
Die verschiedenen Weisen zur Aktivierung eines elektrochemischen Gaserzeugers nach dem Obigen sind auf alle oben erwähnten Arten von elektrochemischen Gaserzeugern und auf alle anderen Arten, die zur Verwendung in einer Fahrzeugairbageinheit vorstellbar sind, anwendbar.
Die Ausdrücke ”geladen” und ”entladen” sollten als relative Ausdrücke interpretiert werden, wobei entladene elektrochemische Zellen weniger elektrische Ladung als geladene elektrochemische Zellen enthalten. Mit anderen Worten müssen geladene elektrochemische Zellen in diesem Kontext nicht auf die maximale Ladekapazität geladen sein und müssen entladene elektrochemische Zellen nicht vollständig entladen sein. Wie vorher erwähnt, ist der Kurzschluss wenigstens teilweise, was bedeutet, dass der Strom in diesem Fall während der zustandsverändernden Handlung über einen Widerstand geleitet werden kann, der verstellbar sein kann.
Der Kollisionsdetektor 9 kann entweder einen Crashsensor oder einen Precrashsensor umfassen.

Claims

Personenschutzeinrichtung in einem Fahrzeug, wobei die Personenschutzeinrichtung einen Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') in einer Fluidverbindung mit einem Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) umfasst, wobei die Personenschutzeinrichtung auch eine Steuereinheit (12) umfasst, die dazu geeignet ist, den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums zu aktivieren, damit Gas durch den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') in den Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) abgegeben wird und der Druck in dem Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') wenigstens eine elektrochemische Zelle (13) umfasst, die dazu eingerichtet ist, Gas zu erzeugen, wenn der elektrische Zustand der elektrochemischen Zelle (13) durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand verändert wird.
Personenschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein geladener Zustand ist und der zweite Zustand ein wenigstens teilweise entladener Zustand ist, wobei die zustandsverändernde Handlung durch ein Entladen der elektrochemischen Zelle (13) gebildet ist.
Personenschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') dazu eingerichtet ist, durch ein gesteuertes Entladen elektronisch deaktiviert zu werden.
Personenschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein entladener Zustand ist und der zweite Zustand ein geladener Zustand ist, wobei die zustandsverändernde Handlung durch einen Ladespannungsimpuls gebildet ist, der an elektrische Anschlüsse (10, 11) angelegt wird, die in einem elektrischen Kontakt mit der elektrochemischen Zelle (13) stehen.
Personenschutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladespannungsimpuls durch wenigstens eine Batterie (15) bereitgestellt wird, die bereits in dem Fahrzeug (1) vorhanden ist, wobei die Batterie (15) die Form einer Starterbatterie oder einer Antriebsbatterie aufweist.
Personenschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Personenschutzeinrichtung eine Airbageinheit (4, 4', 4'', 4''') umfasst, und dass der Behälter (6, 6', 6'', 6''') durch wenigstens einen Airbag gebildet ist.
Personenschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Personenschutzeinrichtung eine Druckkammer (17) und einen Kolben (16) umfasst.
Personenschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Personenschutzeinrichtung entweder eine Sicherheitsgurt-Vorspannvorrichtung oder eine Fahrzeugmotorhaubenhebevorrichtung umfasst.
Personenschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektrochemische Zelle eine Verbindung mit Ionentransporteigenschaften umfasst, die Wärme und Gas erzeugt, wenn sie einer zustandsverändernden Handlung ausgesetzt wird.
Personenschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrochemische Zellen (13) entweder in der Form einer Platte oder in der Form einer aufgerollten Platte bereitgestellt sind.
Personenschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) angeschlossen ist, um einen Eingang von einem Kollisionsdetektor (9) zu erhalten, wobei der Kollisionsdetektor (9) entweder einen Crashsensor oder einen Precrashsensor umfasst.
Verfahren zur Aktivierung eines Gaserzeugers (8, 8', 8'', 8''', 8'''') bei Erfüllung wenigstens eines vorherbestimmten Kriteriums, damit Gas durch den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') in den Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) abgegeben wird und der Druck in dem Behälter (6, 6', 6'', 6''', 18) erhöht wird, durch gekennzeichnet, dass das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Verändern des elektrischen Zustands wenigstens einer elektrochemischen Zelle (13), die durch den Gaserzeuger (8, 8', 8'', 8''', 8'''') verwendet wird, durch eine zustandsverändernde Handlung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein geladener Zustand ist und der zweite Zustand ein wenigstens teilweise entladener Zustand ist, wobei die zustandsverändernde Handlung die Form eines Entladens der elektrochemischen Zelle (13) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand ein entladener Zustand ist und der zweite Zustand ein geladener Zustand ist, wobei die zustandsverändernde Handlung durch Anlegen eines Ladespannungsimpulses an elektrische Anschlüsse (10, 11), die in einem elektrischen Kontakt mit der elektrochemischen Zelle (13) stehen, durchgeführt wird.