DE102013215571A1 - Battery with external measuring taps - Google Patents
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Abstract
Die erfindungsgemäße Batterie (1) umfasst ein Batteriegehäuse (2) mit einem ersten Spannungsabgriff (3a) und einem zweiten Spannungsabgriff (3b) zum Abgreifen einer Batteriespannung, eine Schaltvorrichtung (4) mit einem ersten Hauptschalter (S1), die innerhalb des Batteriegehäuses (2) angeordnet ist, eine Zellenanordnung (5), die in dem Batteriegehäuse angeordnet ist und einen ersten Messabgriff (8a), der mit einem ersten Spannungspol (7a) elektrisch leitfähig verbunden ist. Die Zellanordnung umfasst mindestens eine Batteriezelle (6), den ersten Spannungspol (7a), und einen zweiten Spannungspol (7b). Der erste Spannungspol (7a) ist derart eingerichtet, über den ersten Hauptschalter (S1) mit dem ersten Spannungsabgriff (3a) elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Der erste Messabgriff (8a) ist dabei zwischen die Schaltvorrichtung (4) und dem mit dem ersten Messabgriff (8a) verbundenen ersten Spannungspol (7a) der Zellenanordnung (5) geschaltet, und der erste Messabgriff (8a) ist von außerhalb des Batteriegehäuses (2) kontaktierbar. Somit ist es nicht notwendig das Batteriegehäuse (2) zu öffnen, um eine Messung des Batteriezustandes durzuführen.The battery (1) according to the invention comprises a battery housing (2) with a first voltage tap (3a) and a second voltage tap (3b) for picking up a battery voltage, a switching device (4) with a first main switch (S1), which inside the battery housing (2 ), a cell assembly (5) disposed in the battery case and a first sensing tap (8a) electrically connected to a first voltage pole (7a). The cell arrangement comprises at least one battery cell (6), the first voltage pole (7a), and a second voltage pole (7b). The first voltage pole (7a) is set up to be electrically conductively connected to the first voltage tap (3a) via the first main switch (S1). In this case, the first measuring tap (8a) is connected between the switching device (4) and the first voltage pole (7a) of the cell arrangement (5) connected to the first measuring tap (8a), and the first measuring tap (8a) is connected from outside the battery housing (2 ) contactable. Thus, it is not necessary to open the battery case (2) in order to carry out a measurement of the battery condition.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie. Die Batterie wird bevorzugt in einem Fahrzeug eingesetzt.The present invention relates to a battery. The battery is preferably used in a vehicle.
In heutigen HV-Batterien wird typischerweise ein Trennstecker (Service-Disconnect-Plug) verbaut. Dabei handelt es sich um einen Stecker, der es ermöglicht, die HV-Batterie an ihren Anschlussklemmen spannungsfrei zu schalten. Alternativ kann dies auch über ein Niederspannungssystem geschehen, dass einen Schütz öffnet. Die Steuergeräte von Batterie und Umrichter ermitteln dann die Spannungsfreiheit im Fahrzeug. Dazu wird über eine Diagnose der Zustand des Fahrzeugs und der Batterie ermittelt. Diese Maßnahmen dienen dazu im Falle einer Reparatur die Spannungsquelle abzuschalten, dadurch ein gefahrloses Arbeiten zu ermöglichen und den Fehler zu beheben.Today's HV batteries typically use a disconnect plug (service disconnect plug). It is a plug that enables the HV battery to be de-energized at its terminals. Alternatively, this can also be done via a low-voltage system that opens a contactor. The battery and inverter control units then determine the absence of voltage in the vehicle. For this purpose, the condition of the vehicle and the battery is determined via a diagnosis. These measures are used in case of repair to turn off the power source, thereby enabling a safe working and to fix the error.
Die oben genannten Maßnahmen betreffen den Servicefall. Allerdings kann eine Batterie in einen Zustand geraten, in dem sie nicht mehr per Diagnose auslesbar ist. Der Zustand der Batterie wird durch die Zustandsparameter der Batterie beschrieben. Wenn die Batterie zum Beispiel tiefentladen ist, haben die Zelleüberwachungseinheiten nicht mehr genug Spannung, um Informationen bereitzustellen. Gleiches kann auch für die Spannungsmessung auf Packebene gelten. Dadurch können die Zustandsparameter der Batterie, wie z.B. Spannung U, Strom I, Temperatur T, Ladezustand SOC (State of Charge), nicht mehr durch ein Auslesen des Steuergerätes der Batterie bestimmt werden.The above-mentioned measures concern the service case. However, a battery can become in a state in which it is no longer readable by diagnosis. The condition of the battery is described by the condition parameters of the battery. For example, if the battery is deeply discharged, the cell monitors will no longer have enough voltage to provide information. The same can also apply to the voltage measurement at pack level. Thereby, the condition parameters of the battery, such as e.g. Voltage U, current I, temperature T, state of charge SOC, can no longer be determined by reading the control unit of the battery.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird eine Batterie vorgeschlagen, die es erlaubt, die Zustandsparameter der Batterie mit Hilfe von externen Messmitteln zu bestimmen, unabhängig davon, in welchem Zustand sich die Batterie befindet. Als Erweiterung kann eine Entladeschaltung integriert werden.A battery is proposed which makes it possible to determine the condition parameters of the battery by means of external measuring means, irrespective of the condition of the battery. As an extension, a discharge circuit can be integrated.
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst ein Batteriegehäuse mit einem ersten Spannungsabgriff und einem zweiten Spannungsabgriff zum Abgreifen einer Batteriespannung, eine Schaltvorrichtung mit einem ersten Hauptschalter, die innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist, eine Zellenanordnung, die in dem Batteriegehäuse angeordnet ist und einen ersten Messabgriff, der mit einem ersten Spannungspol elektrisch leitfähig verbunden ist. Die Zellanordnung umfasst mindestens eine Batteriezelle, den ersten Spannungspol und einen zweiten Spannungspol. Der erste Spannungspol ist eingerichtet, über den ersten Hauptschalter mit dem ersten Spannungsabgriff elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Der erste Messabgriff ist dabei zwischen die Schaltvorrichtung und den mit dem ersten Messabgriff verbundenen ersten Spannungspol der Zellenanordnung geschaltet, und der erste Messabgriff ist von außerhalb des Batteriegehäuses kontaktierbar. Somit ist es nicht notwendig das Batteriegehäuse zu öffnen, um eine Messung des Batteriezustandes durchzuführen. Diese Messung kann unabhängig vom Zustand der Batterie durchgeführt werden, da diese durch externe Messmittel durchgeführt wird. Eine funktionstüchtige Zelleüberwachungseinheit zur Ermittlung der Batterieparameter ist somit nicht weiter notwendig. Eine Messung der Batterieparameter ist auch dann möglich, wenn der erste Spannungsabgriff der Batterie durch den ersten Hauptschalter der Batterie von den Batteriezellen getrennt ist. In einer Entwicklungsphase der Batterie ist zudem der Zustand der Batterie besser bestimmbar. Auch im Serieneinsatz einer solchen Batterie hat eine Werkstatt die Möglichkeit, den Zustand der Batterie zu bestimmen. Meist ist diese Zustandsbestimmung auch wichtig, um die Transportfähigkeit der Batterie feststellen zu können.The battery according to the invention comprises a battery housing having a first voltage tap and a second voltage tap for tapping a battery voltage, a switching device having a first main switch, which is arranged within the battery housing, a cell assembly, which is arranged in the battery housing and a first Meßabgriff, with a first voltage pole is electrically conductively connected. The cell arrangement comprises at least one battery cell, the first voltage pole and a second voltage pole. The first voltage pole is set up to be electrically conductively connected to the first voltage tap via the first main switch. In this case, the first measuring tap is connected between the switching device and the first voltage pole of the cell arrangement connected to the first measuring tap, and the first measuring tap can be contacted from outside the battery housing. Thus, it is not necessary to open the battery case to make a measurement of the battery condition. This measurement can be carried out independently of the state of the battery, since this is carried out by external measuring means. A functional cell monitoring unit for determining the battery parameters is thus no longer necessary. A measurement of the battery parameters is also possible if the first voltage tap of the battery is disconnected from the battery cells by the first main switch of the battery. In addition, during a development phase of the battery, the condition of the battery can be better determined. Also in the series use of such a battery, a workshop has the ability to determine the state of the battery. In most cases, this condition determination is also important in order to determine the transportability of the battery.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Bei einer erfindungsgemäßen Batterie ist es vorteilhaft, wenn der erste Messabgriff unter einem Deckel angebracht ist. Der Deckel umfasst insbesondere ein Verriegelungselement, welches ein Öffnen des Deckels verhindert, falls es sich in einem verriegelten Zustand befindet. Durch einen solchen Deckel wird eine ungewollte Kontaktierung des ersten Messabgriffs verhindert, der eine hohe Spannung führen kann. Zudem wird der erste Messabgriffe vor äußeren Einflüssen geschützt. So kann z.B. eine Korrosion des ersten Messabgriffs verhindert werden.In a battery according to the invention, it is advantageous if the first measuring tap is mounted under a cover. The lid in particular comprises a locking element which prevents opening of the lid if it is in a locked state. By such a lid, an unwanted contacting of the first Meßabgriffs is prevented, which can lead to high voltage. In addition, the first measuring taps are protected from external influences. Thus, e.g. Corrosion of the first Meßabgriffs be prevented.
Ebenso bevorzugt ist der erste Messabgriff dazu eingerichtet, thermisch mit einer Temperaturmessvorrichtung gekoppelt zu werden, um eine Temperatur der Batteriezellen zu messen. Das bedeutet, dass der erste Messabgriff derart geformt ist, dass eine temporäre oder permanente Verbindung zu einer Temperaturmessvorrichtung mit guten thermischen Leiteigenschaften ermöglicht ist. So könnte der erste Messabgriff beispielsweise als eine Hülse geformt sein oder ein Gewinde oder eine Öse zur Befestigung einer Temperaturmessvorrichtung umfassen. Dies ist vorteilhaft, da die Temperatur der Batteriezelle den Zustand der Batterie beschreibt, aber in einem Fehlerfall nicht über eine Zellüberwachungseinheit bereitgestellt wird und eine Messung am Batteriegehäuse nur sehr unpräzise ist. Also preferably, the first sensing tap is configured to be thermally coupled to a temperature measuring device to measure a temperature of the battery cells. This means that the first measuring tap is shaped such that a temporary or permanent connection to a temperature measuring device with good thermal conductivity properties is possible. For example, the first metering tap could be shaped as a sleeve or could include a thread or eyelet for attaching a temperature measuring device. This is advantageous because the temperature of the battery cell describes the state of the battery, but is not provided in a fault, a cell monitoring unit and a measurement on the battery case is very imprecise.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Batterie einen Vorladewiderstand umfasst, der in dem Batteriegehäuse angeordnet ist, und die Schaltvorrichtung einen Vorladeschalter umfasst. Dabei ist der Vorladewiderstand zwischen den Vorladeschalter und den ersten Spannungspol geschaltet. Zudem ist der erste Spannungspol dazu eingerichtet, über den Vorladeschalter und den Vorladewiderstand mit dem ersten Spannungsabgriff elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Der erste Messabgriff ist über den Vorladewiderstand mit dem ersten Spannungspol elektrisch leitfähig verbunden. Damit wird eine Nutzung des Vorladewiderstandes zu mehreren Zwecken ermöglicht. Zum Einen kann der Vorladewiderstand zur Verminderung eines Ladestroms der Batterie genutzt werden, zum Anderen kann der Vorladewiderstand als Entladewiderstand genutzt werden, um die Batterie zu entladen. Somit wird eine besonders kostengünstige und kompakte Bauform der Batterie ermöglicht.Furthermore, it is advantageous if the battery comprises a precharge resistor, which is arranged in the battery housing, and the Switching device comprises a precharge switch. In this case, the precharge resistor is connected between the precharge switch and the first voltage pole. In addition, the first voltage pole is set up to be electrically conductively connected to the first voltage tap via the precharge switch and the precharging resistor. The first measuring tap is electrically conductively connected via the pre-charging resistor to the first voltage pole. This makes it possible to use the precharge resistor for several purposes. On the one hand, the pre-charging resistor can be used to reduce a charging current of the battery, on the other hand, the pre-charging resistor can be used as a discharge resistor to discharge the battery. Thus, a particularly inexpensive and compact design of the battery is possible.
Bei einer erfindungsgemäßen Batterie ist es ferner vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung einen zweiten Hauptschalter umfasst und ein zweiter Messabgriff mit dem zweiten Spannungspol elektrisch leitfähig verbunden ist. Dabei ist der zweite Spannungspol eingerichtet, über den zweiten Hauptschalter mit dem zweiten Spannungsabgriff elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Der zweite Messabgriff ist dabei zwischen die Schaltvorrichtung und den mit ihm verbundenen zweiten Spannungspol der Zellenanordnung geschaltet und der zweite Messabgriff ist von außerhalb des Batteriegehäuses kontaktierbar. In einer solchen Ausführungsform ist eine Messung der Batterieparameter auch dann möglich, wenn der zweite Spannungsabgriff der Batterie durch den zweiten Hauptschalter der Batterie von den Batteriezellen getrennt ist. Viele aktuelle Batterien sind mit zwei Hauptschaltern ausgerüstet, die gleichzeitig schalten. Hierbei wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine Messung des Batteriezustandes auch im Falle zweier geöffneter Hauptschalter ermöglicht.In a battery according to the invention, it is also advantageous if the switching device comprises a second main switch and a second Meßabgriff is electrically conductively connected to the second voltage pole. In this case, the second voltage pole is set up to be electrically conductively connected to the second voltage tap via the second main switch. The second Meßabgriff is connected between the switching device and connected to it second voltage pole of the cell assembly and the second Meßabgriff is contacted from outside the battery case. In such an embodiment, a measurement of the battery parameters is also possible if the second voltage tap of the battery is separated from the battery cells by the second main switch of the battery. Many current batteries are equipped with two main switches that switch simultaneously. In this case, by a device according to the invention, a measurement of the battery condition is made possible even in the case of two open main switch.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zweite Messabgriff unter einem Deckel angebracht ist. Der Deckel umfasst insbesondere ein Verriegelungselement, welches ein Öffnen des Deckels verhindert, falls es sich in einem verriegelten Zustand befindet. Durch einen solchen Deckel wird eine ungewollte Kontaktierung des zweiten Messabgriffs verhindert, der eine hohe Spannung führen kann. Zudem wird der Messabgriff vor äußeren Einflüssen geschützt. So kann z.B. eine Korrosion des Messabgriffs verhindert werden. Dieser Deckel kann insbesondere den ersten und den zweiten Messabgriff bedecken.Furthermore, it is advantageous if the second Meßabgriff is mounted under a lid. The lid in particular comprises a locking element which prevents opening of the lid if it is in a locked state. By such a lid, an unwanted contacting of the second Meßabgriffs is prevented, which can lead to high voltage. In addition, the measuring tap is protected from external influences. Thus, e.g. a corrosion of the Meßabgriffs be prevented. This cover can in particular cover the first and the second measuring tap.
Ebenso bevorzugt ist der zweite Messabgriff dazu eingerichtet, thermisch mit einer Temperaturmessvorrichtung gekoppelt zu werden, um eine Temperatur der Batteriezellen zu messen. Das bedeutet, dass der zweite Messabgriff derart geformt ist, dass eine temporäre oder permanente Verbindung zu einer Temperaturmessvorrichtung mit guten thermischen Leiteigenschaften ermöglicht ist. So könnte der zweite Messabgriff beispielsweise als eine Hülse geformt sein oder ein Gewinde oder eine Öse zur Befestigung einer Temperaturmessvorrichtung umfassen. Dies ist vorteilhaft, da die Temperatur der Batteriezelle den Zustand der Batterie beschreibt, aber in einem Fehlerfall nicht über eine Zellüberwachungseinheit bereitgestellt wird und eine Messung am Batteriegehäuse nur sehr unpräzise ist.Also preferably, the second measuring tap is configured to be thermally coupled to a temperature measuring device to measure a temperature of the battery cells. This means that the second measuring tap is shaped such that a temporary or permanent connection to a temperature measuring device with good thermal conductivity properties is possible. For example, the second measuring tap could be shaped as a sleeve or could comprise a thread or an eyelet for attaching a temperature measuring device. This is advantageous because the temperature of the battery cell describes the state of the battery, but is not provided in a fault, a cell monitoring unit and a measurement on the battery case is very imprecise.
Bevorzugt sind die Messabgriffe über einen manuell zuschaltbaren Entladewiderstand schaltbar elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Die Batterie umfasst dabei insbesondere ein Signalisierungsmittel, das eingerichtet ist, eine Entladung zu signalisieren, wenn ein über einem Schwellwert liegender Strom zwischen den miteinander verbundenen Messabgriffen über den Entladewiderstand fließt. Auf diese Weise wird eine Entladefunktion in die Batterie integriert. Diese kann z.B. als eine Notentladefunktion genutzt werden, die eine sichere Entladung der Batterie ermöglicht. Durch das optionale Signalisierungsmittel wird ein Indikator für den Entladungsvorgang und den Ladezustand bereitgestellt. Es ist somit auch ohne zusätzliche Messmittel möglich zu erkennen, ob die Batterie entladen ist und bei einer versehentlichen Auslösung der Entladung kann ein Anwender dadurch informiert oder gewarnt werden.The measuring taps are preferably connected to one another in an electrically conductive manner via a manually connectable discharge resistor. In this case, the battery in particular comprises a signaling device which is set up to signal a discharge when a current lying above a threshold flows between the interconnected measuring taps via the discharge resistor. In this way, a discharge function is integrated into the battery. This can e.g. be used as an emergency discharge function that allows a safe discharge of the battery. The optional signaling means provide an indicator of the discharge process and state of charge. It is thus possible to detect even without additional measuring means, whether the battery is discharged and in case of accidental release of the discharge, a user can be informed or warned.
Ebenso bevorzugt ist eine Ausführungsform, in der die Batterie ferner einen Drehschalter mit einem ersten Messkontakt und einem zweiten Messkontakt umfasst. Dabei ist der erste Messkontakt mit dem ersten Messabgriff elektrisch leitfähig verbunden und der zweite Messkontakt mit dem zweiten Messabgriff elektrisch leitfähig verbunden. Der Drehschalter ist dabei eingerichtet, in einer ersten Rotationsposition die Messkontakte zu verdecken, und in einer zweiten Rotationsposition die Messkontakte nicht zu verdecken. Durch einen solchen Drehschalter werden die Messkontakte geschützt, und dennoch ist ein einfacher Zugriff auf die Messkontakte gewährleistet.Likewise preferred is an embodiment in which the battery further comprises a rotary switch having a first measuring contact and a second measuring contact. In this case, the first measuring contact is electrically conductively connected to the first measuring tap and the second measuring contact is electrically conductively connected to the second measuring tap. The rotary switch is set up to cover the measuring contacts in a first rotational position, and not to cover the measuring contacts in a second rotational position. Such a rotary switch protects the measuring contacts, yet ensures easy access to the measuring contacts.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Batterie einen Drehschalter mit einem ersten Messkontakt und einem zweiten Messkontakt umfasst. Dabei ist der erste Messkontakt mit dem ersten Messabgriff elektrisch leitfähig verbunden und der zweite Messkontakt mit dem zweiten Messabgriff elektrisch leitfähig verbunden. Der Drehschalter ist zudem eingerichtet, in einer ersten Rotationsposition die Messkontakte nicht zu verdecken, und in einer zweiten Rotationsposition die Messkontakte über den Entladewiderstand miteinander zu verbinden. Somit kann eine schnelle Aktivierung einer Entladefunktion erfolgen, wobei keine zusätzlichen externen leitenden Komponenten angebracht werden müssen. Dies ist insbesondere bei einer Anwendung der Entladefunktion in einem Notfall vorteilhaft, da in diesem Falle nur ein schlechter Zugriff auf die Batterie möglich sein kann.Furthermore, it is advantageous if the battery comprises a rotary switch with a first measuring contact and a second measuring contact. In this case, the first measuring contact is electrically conductively connected to the first measuring tap and the second measuring contact is electrically conductively connected to the second measuring tap. The rotary switch is also configured not to cover the measuring contacts in a first rotational position, and to connect the measuring contacts via the discharge resistor to each other in a second rotational position. Thus, a fast activation of a discharge function can take place, whereby no additional external conductive components have to be attached. This is especially true when using the unloading function in an emergency advantageous since only a poor access to the battery can be possible in this case.
Bevorzugt umfasst der Drehschalter den Entladewiderstand. Insbesondere umfasst der Drehschalter auch das Signalisierungsmittel. Dies ist vorteilhaft, da der Entladewiderstand bzw. das Signalisierungsmittel im Falle einer Messung an den Messkontakten nicht mit den Messkontakten verbunden ist und somit das Messergebnis nicht beeinflusst.Preferably, the rotary switch comprises the discharge resistor. In particular, the rotary switch also comprises the signaling means. This is advantageous because the discharge resistor or the signaling means is not connected to the measuring contacts in the case of a measurement at the measuring contacts and thus does not influence the measurement result.
Ebenso bevorzugt umfasst der Drehschalter einen Indikatormechanismus, der dazu eingerichtet ist, eine erstmalige Betätigung des Drehschalters anzuzeigen. Auf diese Weise kann die Verwendung der Entladefunktion oder eines Zugriffs auf die Messkontakte nachgewiesen werden.Also preferably, the rotary switch comprises an indicator mechanism which is adapted to indicate a first-time actuation of the rotary switch. In this way, the use of the discharge function or access to the measuring contacts can be detected.
Insbesondere ist die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, mit zumindest einem der zuvor genannten Merkmale. Gerade in einem Fahrzeugumfeld ist eine solche Batterie vorteilhaft, da in diesem verstärkt Batterien mit hohen Spannungen eingesetzt werden, und gerade bei Fahrzeugunfällen eine sichere und schnelle Entladung der Batterie notwendig sein kann.In particular, the battery is a vehicle battery, in particular a traction battery, with at least one of the aforementioned features. Especially in a vehicle environment, such a battery is advantageous because in this reinforced batteries are used with high voltages, and especially in vehicle accidents, a safe and fast discharge of the battery may be necessary.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Eine Zellenanordnung
Im Inneren der Batterie
Der erste Spannungspol
Die Hauptschalter S1 und S2, sowie der Vorladeschalter S3 werden über eine in
Der Vorladeschalter S3 wird zu Beginn einer Ladephase der Batterie
Ein erster Messabgriff
Die beiden Messkontakte
Je nach Technologie kann über die Batterie- bzw. Packspannung auf den Ladezustand (SOC) geschlossen werden. Die Temperatur der Batteriezellen
In einer weiteren Ausführungsform werden die Messkontakte
Die Messkontakte
In der ersten Rotationsposition
In der zweiten Rotationsposition
Die Messkontakte sind durch Öffnungen
Das Drehen des Drehschalters
In einer alternativen Ausführungsform sind die Messkontakte
Die Messabgriffe
Claims (10)
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Legal Events
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