DE102012015523B4

DE102012015523B4 - Hochvoltbatterie mit Entlademöglichkeit nach einem Crash

Info

Publication number: DE102012015523B4
Application number: DE102012015523.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Stadler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-08-04
Filing date: 2012-08-04
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2032-08-05
Also published as: DE102012015523A1

Abstract

Hochvoltbatterie (12) für einen Kraftwagen (10), umfassend – Batteriezellen (20) zum Erzeugen einer elektrischen Spannung an einem Hochvoltanschluss (22) zum Anschließen eines Hochvolt-Schaltkreises des Kraftwagens (10) an die Hochvoltbatterie (12), – eine Schalteinrichtung (28), über welche die Batteriezellen (20) mit dem Hochvoltanschluss (22) elektrisch gekoppelt sind und durch welche eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen (20) und dem Hochvoltanschluss (22) in Abhängigkeit von einem Steuersignal wahlweise trennbar und wiederherstellbar ist, wobei die Schalteinrichtung (28) einen Steuereingang (40) zum Empfangen des Steuersignals aufweist, – einen ersten elektrischen Versorgungsanschluss (38) zum Anschließen einer externen Niedervoltversorgung (36) zum Betreiben der Schalteinrichtung (28), – eine Service-Disconnect-Trennvorrichtung, welche ein Bedienelement (16) aufweist und welche dazu ausgelegt ist, bei Betätigen des Bedienelements (16) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (38) und der Schalteinrichtung (28) zu unterbrechen, wobei in das Bedienelement (16) der Service-Disconnect-Trennvorrichtung ein eigener zweiter Versorgungsanschluss (38') für die Schalteinrichtung (28) und/oder eine elektrische Schnittstelle (42'), die mit dem Steuereingang (40) der Schalteinrichtung (28) verbunden ist, integriert ist, wobei ein Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie (12) dazu ausgelegt ist, im Falle eines Crashs ein Abschaltsignal als Steuersignal an dem Steuereingang (40) zu erzeugen, und wobei die Service-Disconnect-Trennvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei Betätigen des Bedienelements (16) auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und dem. Steuereingang (40) zu unterbrechen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für einen Kraftwagen. Mittels der Hochvoltbatterie ist in einem Hochvolt-Schaltkreis des Kraftwagens eine elektrische Spannung erzeugbar, die betragsmäßig größer als 45 Volt, insbesondere größer als 350 Volt, ist. Der Hochvolt-Schaltkreis ist hierzu an einem Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie angeschlossen. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftwagen mit einer Hochvoltbatterie sowie eine Verfahren zum Entladen einer Hochvoltbatterie.
Hybrid- und Elektrofahrzeuge weisen eine Hochvoltanlage auf, die eine Hochvoltbatterie zum Erzeugen einer Hochvolt-Spannung, einen elektrischen Antrieb und weitere Hochvolt-Verbraucher aufweisen kann. Ein Hochvolt-Bordnetz, z. B. aus Hochvoltkabels, dient zum Übertragen von elektrischer Leistung von der Hochvoltbatterie zum elektrischen Antrieb und den übrigen Hochvolt-Verbrauchern. Die Hochvolt-Verbraucher und die zuführenden Hochvoltkabel bzw. Stromschienen bilden dabei den erwähnten Hochvolt-Schaltkreis. Die Hochvoltanlage ist in der Regel eigensicher konstruiert, d. h. mit dem Abschalten der Zündung oder/und dem Abklemmen einer Niedervolt-Batterie schaltet automatisch auch die Hochvoltanlage ab. Unter einer Niedervolt-Spannung ist im Zusammenhang mit der Erfindung eine elektrische Spannung zu verstehen, die betragsmäßig kleiner als die jeweils vorliegende Hochvolt-Spannung ist. Insbesondere ist die Niedervolt-Spannung betragsmäßig kleiner als 60 Volt, bevorzugt kleiner als 50 Volt, ganz bevorzugt kleiner als 15 Volt. Zum Abschalten der Hochvoltanlage weist die Hochvoltbatterie eine Schalteinrichtung auf, die in der Regel ein Hauptschütz und gegebenenfalls einen Bypassschütz umfasst. Die Schütze oder auch Relais werden mit normaler Bordspannung betrieben, also einer Niedervolt-Spannung. Diese wird der Schalteinrichtung über einen entsprechenden Versorgungsanschluss zugeführt. Der Versorgungsanschluss ist in der Regel über die sogenannte Klemme 15 mit der Niedervolt-Batterie des Kraftwagens verbunden. Bleibt die Spannungsversorgung aus, fallen die Schütze der Schalteinrichtung selbständig ab, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem erwähnten Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie und ihren Batteriezellen unterbrochen ist. Damit ist gewährleistet, dass z. B. nach einem Unfall, der Teile des Kraftwagens zerstört hat, Bergungskräfte durch Ausschalten der Zündung oder Abklemmen der 12-Volt-Batterie bei Unfallfahrzeugen auch die Hochvoltanlage deaktivieren und sich somit vor Stromschlägen schützen können. Im Folgenden wird ein Unfall, der zu derartigen Deformationen des Kraftwagens führt, so dass die Gefahr eines Kurzschlusses im Hochvolt-Schaltkreis besteht, auch als Crash bezeichnet.
Die Deaktivierung des Hochvolt-Systems bei einem Crash von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen sorgt dafür, dass keine Gefahren für Insassen und die Rettungskräfte entstehen. Dies reicht für eine erste Minimierung der Gefahren durch diese speziellen Systeme im Fahrzeug aus. Jedoch hat sich gezeigt, dass eventuell beschädigte Hochvoltbatterien auch Wochen nach einem Unfall noch zu einem Brand des Fahrzeugs führen können. Deshalb ist es nötig, die in der Hochvoltbatterie gespeicherte Energie nach einem Crash des Kraftwagens kontrolliert abführen zu können.
Im Zusammenhang mit einer Wartung einer Hochvoltbatterie ist bekannt, die Hochvoltbatterie mit einer Wartungs-Trennvorrichtung auszustatten. Im Folgenden wird diese Wartungs-Trennvorrichtung als Service-Disconnect-Trennvorrichtung bezeichnet, wie es bei Hochvoltbatterien üblich ist. Eine solche Service-Disconnect-Trennvorrichtung weist ein Bedienelement auf, das in der Regel zum Teil aus rotem Kunststoff gefertigt ist und außen an der Hochvoltbatterie befestigt ist. Durch Bedienen dieses Bedienelements wird die 12-Volt-Versorgung für die Schalteinrichtung, also etwa die Schütze, getrennt, was dazu führt, dass die Hochvoltschütze bei nicht funktionierender Crashabschaltung dennoch geöffnet werden können und somit ein sicherer Fahrzeugzustand herbeigeführt werden kann. Die einfachste Ausführung solcher Bedienelemente besteht aus einem Stecker mit zwei Kontakten, welche seriell zur Spannungsversorgung der Schalteinrichtung liegen. Durch Abziehen des Steckers wird die Verbindung unterbrochen und somit die Niedervoltversorgung der Schütze unterbrochen. Die Schütze fallen dann ab, d. h. sie schalten in einen geöffneten Zustand, so dass am Hochvolt-Anschluss der Hochvoltbatterie keine Hochvolt-Spannung mehr anliegt. Es gibt auch Service-Disconnect-Schalter/Stecker, welche direkt den batterieinternen Hochvolt-Kreis auftrennen. Eine Trennvorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der EP 1 153 787 B1 bekannt.
In der Druckschrift JP 2006-327251 A ist eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug beschrieben, deren Service-Disconnect-Stecker zwei elektrische Brücken aufweist. Mit der einen Brücke wird eine elektrische Verbindung zwischen zwei Zellen der Hochvoltbatterie bereitgestellt, mit der zweiten Brücke ein Niedervolt-Stromkreis für Boardgeräte geschlossen, die durch eine 12 Volt-Fahrzeugbatterie betrieben werden. Nach dem Abziehen des Steckers von der Hochvoltbatterie wird das Fehlen des Steckers durch ein Steuergerät erkannt und daraufhin ein Steuersignal zum Öffnen von Hochvolt-Schaltschützen der Hochvoltbatterie erzeugt. Hierdurch wird die Hochvoltbatterie von einem Hochvolt-Boardnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch getrennt.
In der Druckschrift US 2011/0261498 A1 ist eine Hochvoltbatterie beschrieben, bei welcher ein Steuergerät zum Auslösen eines Trennsignals für Hochvolt-Schaltschütze einer Hochvoltbatterie im Frontbereich des Kraftfahrzeugs eingebaut ist, während die Hochvoltbatterie selbst im Heckbereich angeordnet ist.
Aus der US 2012/0194004 A1 ist eine Hochvoltbatterie mit integrierter Batteriesteuerung für Schaltschütze der Hochvoltbatterie bekannt. Die Batteriesteuerung öffnet die Schaltschütze in Abhängigkeit von Sensorsignalen mehrerer, in der Hochvoltbatterie angeordneten Sensoren. Die Sensoren können Crash-Sensoren, Feuchtigkeitssensoren und Sensoren zum Erkennen einer Airbag-Auslösung umfassen.
Aus der DE 11 2010 005 389 T5 ist eine Hochspannungs-Verriegelungsschaltung bekannt, welche einen seriellen Kommunikationsbereich verwendet, in welchem über eine Kommunikations-Sammelschiene ein Ausschaltsignal an ein Schaltschütz für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs übertragen werden kann.
Aus der DE 10 2008 061 585 A1 ist eine Entladevorrichtung für eine Hochvolt-Batterie beschrieben, wobei die Ladevorrichtung in eine Zwischenspeichervorrichtung integriert ist, die zwischen der Fahrzeugbatterie und einem Umrichter für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs angeordnet ist.
Aus der JP 2004-282823 A ist eine Entladevorrichtung für eine Hochvoltbatterie beschrieben. Die Entladevorrichtung weist einen Elektromotor auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach einem Crash ein kontrolliertes Entladen der Hochvoltbatterie zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Hochvoltbatterie gemäß Patentanspruch 1, einen Kraftwagen gemäß Patentanspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sind, wie eingangs bereits beschrieben, Batteriezellen bereitgestellt, die eine elektrische Hochvolt-Spannung an einem Hochvoltanschluss erzeugen. Der Hochvoltanschluss dient zum Anschließen des Hochvolt-Schaltkreises an die Hochvoltbatterie. Die Batteriezellen sind dabei nicht direkt mit dem Hochvoltanschluss verbunden, sondern über eine Schalteinrichtung, durch welche die elektrische Verbindung in Abhängigkeit von einem Steuersignal wahlweise trennbar und wieder herstellbar ist. Beispielsweise kann die Trennvorrichtung zumindest ein Schaltschütz aufweisen, welches mittels einer Niedervolt-Versorgungsspannung in an sich bekannter Weise betreibbar ist und welches bei fehlender Niedervolt-Versorgungsspannung selbständig eine geöffnete Schaltstellung einnimmt. Die Niedervolt-Versorgungsspannung wird dabei über einen ersten elektrischen Versorgungsanschluss zum Anschließen einer externen Niedervoltversorgung, beispielsweise einer 12-Volt-Fahrzeugbatterie, bereitgestellt. Bei anliegender Niedervolt-Versorgungsspannung können die Schaltschütze, oder allgemeine die Schalteinrichtung, mittels des Steuersignals wahlweise in den geöffneten oder geschlossenen Zustand geschaltet werden. Hierzu weist die Schalteinrichtung einen Steuereingang auf, an welchem sie das Steuersignal empfangen kann. Das Steuersignal kann beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem erzeugt werden.
Für Wartungsarbeiten oder nach einem Crash kann mittels einer Service-Disconnect-Trennvorrichtung sichergestellt werden, dass keine elektrische Spannung an dem Hochvoltanschluss anliegt. Die Service-Disconnect-Trennvorrichtung weist in der ebenfalls beschriebenen Weise ein Bedienelement auf und ist dazu ausgelegt, bei Betätigen des Bedienelements eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsanschluss, an dem etwa die 12-Volt-Batterie angeschlossen sein kann, und der Schalteinrichtung, also dem Schaltschütz, zu unterbrechen. Die Schalteinrichtung empfängt dann keine Versorgungsspannung mehr. Das Bedienelement kann ein abziehbarer Stecker sein, wie er bereits beschrieben wurde, oder aber auch ein Schalter.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist nun in dieses Bedienelement der Service-Disconnect-Trennvorrichtung ein eigener, zweiter Versorgungsanschluss für die Schalteinrichtung integriert. Mit anderen Worten kann beispielsweise eine externe 12-Volt-Fahrzeugbatterie direkt an dem Bedienelement angeschlossen werden und hierüber dann die Schalteinrichtung mit der Niedervolt-Versorgungsspannung versorgt werden.
Durch die erfindungsgemäße Integration eines zweiten Versorgungsanschlusses in das Bedienelement der Service-Disconnect-Trennvorrichtung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Schalteinrichtung nach dem Betätigen des Bedienelements wieder in Betrieb zu nehmen und die Batterie durch die bereits verbauten Stecker im Fahrzeug zu entladen. Da keine zusätzlichen Stecker benötigt werden, führt dieses Konzept auch zu einem erheblichen Kostenvorteil. Der Service-Disconnect-Stecker ist im Normalfall in eine deformationsarme Zone verbaut ist und daher auch nach einem Unfall noch verfügbar und verwendbar ist, was bei anderen Steckern, beispielsweise den Diagnosesteckern für das Batteriemanagementsystem, nicht unbedingt der Fall sein muss. Auch der Hochvoltanschluss selbst ist in der Regel derart konstruiert, dass er in einer Vielzahl von Crashkonstellationen weiter einfach zugänglich und auch funktionstüchtig bleibt, da hier ein besonderes Augenmerk auf die Auslegung der Fahrzeuge gelegt wird.
Die Entladung der Hochvoltbatterie kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen. In einem ersten Schritt wird hierzu das Bedienelement der Service-Disconnect-Trennvorrichtung betätigt, um die Verbindung zwischen der Schalteinrichtung, wie etwa den Schaltschützen, und dem ersten Versorgungsanschluss für die Niedervoltversorgung zu unterbrechen. Anschließend wird eine Entladevorrichtung an dem Hochvoltanschluss angeschlossen. Insbesondere kann es sich hierbei um Entladewiderstände handeln, in welchen die am Hochvoltanschluss entnommene elektrische Energie in ohmsche Wärmeverluste umgewandelt wird. Es kann aber auch beispielsweise ein zweiter Akkumulator als Entladevorrichtung angeschlossen werden, in welchem dann die aus der Hochvoltbatterie entnommene elektrische Energie gespeichert werden kann. Dies ist allerdings nur durch zusätzliche Elektronik möglich. Die Ladung muss überwacht werden.
Zusätzlich zu dem Anschließen der Entladevorrichtung an dem Hochvoltanschluss kommt noch das Anschließen einer Niedervoltversorgung, beispielsweise einer 12-Volt-Fahrzeugbatterie oder eines Netzgeräts, an den zweiten Versorgungsanschluss im Bedienelement. Hierdurch wird es dann möglich, die Schalteinrichtung wieder zu betreiben. Schließlich wird ein Einschaltsignal am Steuereingang der Schalteinrichtung erzeugt, wodurch dann beispielsweise die Schütze der Schalteinrichtung geschlossen und die Batteriezellen der Hochvoltbatterie mit dem Hochvoltanschluss galvanisch verbunden werden. Nun kann die Energie aus der Hochvoltbatterie an die Entladevorrichtung abgegeben werden.
Das Einschaltsignal kann beispielsweise von dem Batteriemanagementsystem erzeugt werden, wenn dieses ebenfalls nach Anschließen der Niedervoltversorgung wieder in Betrieb geht.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist allerdings zusätzlich oder alternativ zu dem integrierten zweiten Versorgungsanschluss vorgesehen, dass in das Bedienelement eine elektrische Schnittstelle integriert ist, die mit dem Steuereingang der Schalteinrichtung verbunden ist, also eine Schnittstellen zum Steuern der Schalteinrichtung mit einem externen Gerät. Mit anderen Worten kann nun an dem Bedienelement selbst über die elektrische Schnittstelle ein Einschaltsignal für die Schalteinrichtung eingespeist werden. Dann lässt sich die Schalteinrichtung über das Bedienelement steuern.
Bei dem erwähnten Batteriemanagementsystem kann es sich beispielsweise um eine Steuerung für die Schütze handeln, wie sie mittels eines Mikrocontrollers ermöglicht werden kann. In einem Batteriemanagementsystem kann auch eine Ladestrategie für die Batteriezellen durch entsprechendes Steuern der Schütze während des Aufladevorgangs umgesetzt werden. Auch eine Temperaturüberwachung kann Bestandteil eines solchen Batteriemanagementsystems sein. Entsprechende Module für Hochvoltbatterien sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist das Batteriemanagementsystem noch dazu ausgelegt, im Falle eines Crashs ein Abschaltsignal als Steuersignal an dem Steuereingang zu erzeugen. Die eigentliche Crash-Erkennung kann hierbei in an sich bekannter Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Batteriemanagementsystem mit einem Airbagauslösesystem verbunden sein, welches das Auslösesignal auch an das Batteriemanagementsystem weitergibt, damit dieses das Abschaltsignal erzeugt. Allerdings kann man sich nach einem Crash nicht sicher sein, ob durch das Batteriemanagementsystem die Verbindung zwischen den Batteriezellen und dem Hochvoltanschluss auch tatsächlich erfolgreich unterbrochen worden ist. Legt man nun wieder eine Versorgungsspannung an dem zweiten Versorgungsanschluss an, so dass die Schalteinrichtung mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, kann es also sein, dass durch das Batteriemanagementsystem noch ein Einschaltsignal erzeugt wird und damit unvorhergesehen eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen und dem Hochvoltanschluss hergestellt wird.
Daher ist vorgesehen, die Service-Disconnect-Trennvorrichtung derart auszulegen, dass bei Betätigen des Bedienelements auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und dem Steuereingang der Schalteinrichtung unterbrochen wird. Durch Betätigen der Service-Disconnect-Trennvorrichtung kann man dann sicher sein, dass die Schalteinrichtung weder eine Versorgungsspannung noch ein Steuersignal empfangen kann.
Bei Hochvoltbatteriensind in der Regel die Batteriezellen und die Schalteinrichtung in einem Gehäuse der Hochvoltbatterie angeordnet. Durch das Gehäuse ist eine wasser- und staubdichte Versiegelung dieser Komponenten möglich. Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass das Bedienelement der Service-Disconnect-Trennvorrichtung außerhalb des Gehäuses bereitgestellt ist und über ein Kabel mit dem Gehäuse verbunden ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Bedienelement unabhängig vom Verbauort der Batteriezellen selbst an einem Ort in einem Kraftwagen angeordnet sein kann, von dem bekannt ist, dass er auch nach einem Crash in besonders vielen Crashkonstellationen noch einfach zugänglich ist und daher ein Steuern der Hochvoltbatterie über das Bedienelement möglich bleibt.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Hochvoltbatterie sieht vor, dass die Service-Disconnect-Trennvorrichtung ein zweites Bedienelement der beschriebenen Art aufweist, mit dem also die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsanschluss und der Schalteinrichtung unterbrochen werden kann. Dann ist die Wahrscheinlichkeit noch größer, dass mindestens eines der Bedienelemente nach einem Crash zugänglich geblieben ist und so die kontrollierte Entladung eingeleitet werden kann.
Wie bereits ausgeführt, erzeugen die Batteriezellen insgesamt am Hochvoltanschluss bei geschlossener Schalteinrichtung eine Spannung, die betragsmäßig größer als 45 V ist. Bevorzugt erzeugen die Batteriezellen eine Spannung von insgesamt mehr als 60 V, insbesondere mehr als 350 V. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie weist als Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen auf. In diesem Fall weist die Spannung insbesondere einen Wert zwischen 45 V und 60 V, bevorzugt 48 V, auf. Lithium-Ionen-Batterien weisen auch bei solch verhältnismäßig geringen Spannungen ein Gefahrenpotential auf, dass mit demjenigen anderer Hochvoltbatterien mit größerer Spannung vergleichbar ist. Deshalb kommen die Vorteile eines integrierten Versorgungsanschlusses und einer integrierten Schnittstelle hier ebenfalls in besonderer Weise zum Tragen.
Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftwagen. Der erfindungsgemäße Kraftwagen weist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie auf. Hiermit ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Kraftwagen dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie erläutert worden sind.
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal genauer anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Dazu zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftwagens und
2 einen schematisierten Schaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie.
Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
In 1 ist eine Draufsicht auf einen Kraftwagen 10 gezeigt. Der Kraftwagen 10 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen sein. Eine Front des Kraftwagens ist mit F kenntlich gemacht. In dem Kraftwagen 10 befindet sich eine Hochvoltbatterie 12, welche ein Gehäuse 14 und zwei Service-Disconnect-Stecker 16 aufweist. Die Stecker 16 sind über Kabel 18 mit dem Gehäuse 14 verbunden.
Das Gehäuse 14 kann beispielsweise im Heck des Kraftwagens 10 angeordnet sein. Die Stecker 16 sind an unterschiedlichen Orten im Kraftwagen 10 untergebracht, die bevorzugt mehr als halber Meter, insbesondere mehr als ein Meter auseinander liegen. Einer der Stecker 16 ist im Fahrgastraum beispielsweise unter dem Fahrersitz angeordnet, der zweite Stecker 16 im Motorraum. Die Lage der Stecker 16 wurde derart gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit möglichst gering ist, dass beide Stecker 16 im Falle eines Crashs zerstört sind.
Der Aufbau der Hochvoltbatterie 12 ist im Folgenden anhand von 1 und 2 erläutert. In 2 ist ein Schaltplan gezeigt, in welchem nur die für die Erläuterung der Erfindung nötigen Komponenten dargestellt sind. In 2 ist hierbei auch nur einer der Stecker 16 mit dem Kabel 18 gezeigt.
In dem Gehäuse 14 befinden sich Batteriezellen 20 zum Erzeugen einer Spannung, die betragsmäßig größer als 300 Volt sein kann und beispielsweise 400 Volt betragen kann. Die von den Batteriezellen 20 erzeugte elektrische Spannung wird über einen Hochvoltanschluss 22 an ein nicht dargestelltes Hochvolt-Bordnetz des Kraftwagens 10 übertragen, an welches Hochvolt-Verbraucher, wie z. B. ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftwagens 10 angeschlossen sein können.
Der Hochvoltanschluss 22 weist zwei Anschlusskontakte 24, 26 auf, von denen ein Kontakt 24 über eine Schalteinrichtung 28 mit den Batteriezellen 20 verbunden ist. Die Schalteinrichtung 28 weist ein Hauptschütz 30 und eine diesem parallel geschaltete Reihenschaltung aus einem Bypassschütz 32 und einem elektrischen Widerstand 34 auf. Durch Öffnen des Hauptschützes 30 und des Bypassschützes 32 wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 24 des Hochvoltanschlusses 22 und den Batteriezellen 20 unterbrochen. Dann kann kein Strom mehr aus den Batteriezellen 20 über den Hauptanschluss 22 in das Hochvolt-Bordnetz fließen. Um die Schütze 30, 32 betreiben zu können, müssen diese in bekannter Weise mit einer Niedervolt-Spannung versorgt werden. Im vorliegenden Beispiel kann es sich hierbei um eine Spannung von 12 Volt handeln. Die Versorgungsspannung wird von einer Niedervoltversorgung in Form einer 12-Volt-Fahrzeugbatterie 36 erzeugt, die mit einem Versorgungsanschluss 38 der Hochvoltbatterie 12 elektrisch verbunden ist.
Das Hauptschütz 30 und das Bypassschütz 32 weisen jeweils zusätzlich einen Steuereingang 40 auf, über welchen die Schütze 30, 32 ein Steuersignal empfangen. Das Steuersignal kann ein Einschaltsignal sein, durch welches die Schütze 30, 32 geschlossen werden, oder ein Ausschaltsignal, welches die Schütze öffnet, d. h. die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 24 und den Batteriezellen 20 unterbricht. Die Steuersignale können von einem (nicht dargestellten) Steuergerät erzeugt werden, beispielsweise einem Batteriemanagementsystem, das über einen Steueranschluss 42 mit der Hochvoltbatterie 12 verbunden ist.
Die Stecker 16 der Hochvoltbatterie 12 stellen jeweils ein Bedienelement einer Service-Disconnect-Trennvorrichtung der Hochvoltbatterie 12 dar. Jeder der Stecker 16 kann in dem gezeigten Beispiel eine Buchse 44 umfassen, die fest mit dem Kraftwagen 10 verbunden sein kann, und ein Einsteckteil 46, das in die Buchse 44 eingesteckt ist. Bei der Hochvoltbatterie 12 sind sowohl Steuerleitungen 48 als auch Versorgungsleitungen 50 über das Kabel 18 in die Buchse 44 geführt und dort eine Unterbrechung aufweisen. Die Steuerleitungen 48 verbinden den Steueranschluss 42 mit den Steuereingängen 40. Die Versorgungsleitungen 50 verbinden den Versorgungsanschluss 38 mit den Schützen 30, 32. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem Anschluss 42 und dem Steuereingang 40 einerseits und dem Versorgungsanschluss 38 und den Schützen 30, 32 andererseits können durch Brückenelemente 52 gebildet sein, die Bestandteil des Einsteckteils 46 sein können und die Unterbrechungen in der Buchse 44 galvanisch überbrücken. Jedes Brückenelement 52 kann beispielsweise ein U-förmig gebogener Draht aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Kupfer, sein.
Durch Herausziehen des Einsteckteils 46 aus dem Buchsenelement 44 werden die Brückenelemente 52 entfernt und somit sowohl die Steuerleitungen 48 als auch die Versorgungsleitungen 50 elektrisch unterbrochen. Die Schütze 30, 32 empfangen dann weder Steuersignale noch eine Versorgungsspannung. Sie sind so konstruiert, dass sie in diesem Fall selbständig öffnen, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 24 und den Batteriezellen 20 unterbrochen ist. In dem Buchsenelement 44 bilden diejenigen Enden der Leitungen (sowohl Steuerleitungen 48 als auch Versorgungsleitungen 50), die zu den Schützen 30, 32 führen, eine Anschlussmöglichkeit für eine weitere Niedervolt-Spannungsversorgung bzw. ein weiteres Steuergerät. Mit anderen Worten sind sowohl zusätzliche Versorgungsanschlüsse 38' als auch zusätzliche Steuerschnittstellen 42' in dem Buchsenelement 44 des Steckers 16 bereitgestellt.
Diese Erweiterung der Funktionalität des Service-Disconnect-Steckers 16 der Hochvoltbatterie 12 ermöglicht es, die Hochvoltbatterie 12 kontrolliert zu entladen, nachdem das Einsteckteil 46 aus dem Buchsenelement 44 entfernt wurde. Über die zusätzlichen Anschlusskontakte 38' kann wieder eine extern 12-Volt-Spannungsversorgung angeschlossen werden. Über die zusätzlichen Steuerschnittstellen 42' können die Schütze 30, 32 angesteuert werden. In einer Werkstatt kann nun an die Hochvoltbatterie 12 eine Entladevorrichtung, beispielsweise elektrische Widerstände, an den Hochvoltanschluss 22 angeschlossen werden, nachdem das Hochvolt-Bordnetz abgesteckt wurde. Die Schütze 30, 32 werden anschließend durch Anlegen der Niedervolt-Versorgungsspannung an den Versorgungsanschlüssen 38' mit Spannung versorgt, und über die Steuerschnittstellen 42' wird ein Einschaltsignal an die Schütze 30, 32 ausgegeben. Mit dem Schließen der Schütze durch die Ansteuerung durch den Service-Disconnect-Stecker 16 kann nun die Hochvoltbatterie komplett entladen werden, was zu einem sicheren Zustand des Kraftwagens 10 führt. Dieses Konzept macht einen zusätzlichen Stecker für das gesteuerte Entladen überflüssig, was zu einem erheblichen Kostenvorteil führt.

Claims

Hochvoltbatterie (12) für einen Kraftwagen (10), umfassend – Batteriezellen (20) zum Erzeugen einer elektrischen Spannung an einem Hochvoltanschluss (22) zum Anschließen eines Hochvolt-Schaltkreises des Kraftwagens (10) an die Hochvoltbatterie (12), – eine Schalteinrichtung (28), über welche die Batteriezellen (20) mit dem Hochvoltanschluss (22) elektrisch gekoppelt sind und durch welche eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen (20) und dem Hochvoltanschluss (22) in Abhängigkeit von einem Steuersignal wahlweise trennbar und wiederherstellbar ist, wobei die Schalteinrichtung (28) einen Steuereingang (40) zum Empfangen des Steuersignals aufweist, – einen ersten elektrischen Versorgungsanschluss (38) zum Anschließen einer externen Niedervoltversorgung (36) zum Betreiben der Schalteinrichtung (28), – eine Service-Disconnect-Trennvorrichtung, welche ein Bedienelement (16) aufweist und welche dazu ausgelegt ist, bei Betätigen des Bedienelements (16) eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (38) und der Schalteinrichtung (28) zu unterbrechen, wobei in das Bedienelement (16) der Service-Disconnect-Trennvorrichtung ein eigener zweiter Versorgungsanschluss (38') für die Schalteinrichtung (28) und/oder eine elektrische Schnittstelle (42'), die mit dem Steuereingang (40) der Schalteinrichtung (28) verbunden ist, integriert ist, wobei ein Batteriemanagementsystem der Hochvoltbatterie (12) dazu ausgelegt ist, im Falle eines Crashs ein Abschaltsignal als Steuersignal an dem Steuereingang (40) zu erzeugen, und wobei die Service-Disconnect-Trennvorrichtung dazu ausgelegt ist, bei Betätigen des Bedienelements (16) auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und dem. Steuereingang (40) zu unterbrechen.
Hochvoltbatterie (12) nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (28) zumindest ein Schaltschütz (30, 32) aufweist, welches bei fehlender Niedervolt-Versorgungsspannung selbständig eine geöffnete Schaltstellung einnimmt.
Hochvoltbatterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienelement (16) der Service-Disconnect-Trennvorrichtung zum Betatigen einen abziehbaren Stecker (46) oder einen Schalter umfasst.
Hochvoltbatterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (20) und die Schalteinrichtung (28) in einem Gehäuse (14) der Hochvoltbatterie (12) angeordnet sind und das Bedienelement (16) der Service-Disconnect-Trennvorrichtung außerhalb des Gehäuses (14) bereitgestellt ist und über ein Kabel (18) mit dem Gehäuse (14) verbunden ist.
Hochvoltbatterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Service-Disconnect-Trennvorrichtung zumindest ein weiteres Bedienelement (16) zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (38) und der Schalteinrichtung (28) aufweist.
Hochvoltbatterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (20) Lithium-Ionen-Zellen sind und/oder die Spannung mehr als 60 V beträgt.
Kraftwagen (10) mit einer Hochvoltbatterie (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Entladen einer Hochvoltbatterie (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: – Betätigen des Bedienelements (16) der Service-Disconnect-Trennvorrichtung, um die Verbindung zwischen der Schalteinrichtung (28) und dem ersten Versorgungsanschluss (38) zu unterbrechen; – Anschließen einer Entladevorrichtung, insbesondere von Entladewiderständen, an dem Hochvoltanschluss (22), – Anschließen einer Niedervoltversorgung an dem zweiten Versorgungsanschluss (38') im Bedienelement (16); – Erzeugen eines Einschaltsignals am Steuereingang (40) der Schalteinrichtung (28).