DE102013215581A1 - Battery with emergency discharge function - Google Patents
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Abstract
Die erfindungsgemäße Batterie (1) mit Notentladefunktion, umfasst ein Batteriegehäuse (2), mindestens ein Batteriemodul (3) mit zumindest einer Batteriezelle (4), das in dem Batteriegehäuse (2) angeordnet ist, eine erste Schaltvorrichtung (5), die von außerhalb des Batteriegehäuses betätigt werden kann, und einen Entladewiderstand (6), der in dem Batteriegehäuse (2) angeordnet ist. Das zumindest eine Batteriemodul (3) ist eingerichtet, über den Entladewiderstand (6) entladen zu werden, wenn die erste Schaltvorrichtung (5) in einer Entladestellung ist. Eine solche Batterie kann schnell durch ein gezieltes Entladen in einen sicheren Zustand gebracht werden.The battery (1) with emergency discharge function according to the invention comprises a battery housing (2), at least one battery module (3) with at least one battery cell (4), which is arranged in the battery housing (2), a first switching device (5) from outside of the battery case, and a discharge resistor (6) disposed in the battery case (2). The at least one battery module (3) is arranged to be discharged via the discharge resistor (6) when the first switching device (5) is in an unloading position. Such a battery can be quickly brought into a safe state by a targeted discharge.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Batterie für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug.The present invention relates to a battery, in particular a battery for an electrically driven vehicle.
Batterien, bzw. Batteriepacks für elektrische Fahrzeuge sind nach dem Stand der Technik mit Lithium-Ionen-Zellen realisiert. Diese werden seriell und parallel miteinander verschaltet, um die benötigte Leistung und den benötigten Energieinhalt für die Traktion des Fahrzeugs zu realisieren. Die so verschalteten Batteriezellen sind in einem Batteriegehäuse integriert. Neben den Batteriezellen beinhaltet das Gehäuse auch die gesamte Steuerungselektronik sowie Relais, Sicherungen und Sensoren. Die elektrische Schnittstelle zum Fahrzeug ist über Hochvolt (HV) Stecker realisiert, die mit den entsprechenden Traktionsleitungen zur fahrzeugseitigen Leistungselektronik verbunden werden können. Die Energieabgabe nach außen ist nur möglich, wenn das batterieinterne Batteriesteuergerät (BMS – Battery Management System) zwei Hauptrelais schließt. Unter bestimmten Umständen ist ein Schließen der beiden Hauptrelais nicht möglich. Dies können z.B. Zustände sein, bei denen die Batterie außerhalb ihrer definierten Betriebsgrenzen betrieben wurde (z.B. Übertemperatur, Überspannung, Überstrom). Des Weiteren kann die Ursache für ein nicht Schließen der Hauptrelais auch ein defektes Batteriesteuergerät oder ein Defekt in der 12V Spannungsversorgung des Batteriesteuergeräts sein. Grund hierfür kann z.B. ein Fahrzeugcrash sein. Lassen sich die Hauptrelais nicht schließen, so kann die Batterie nicht durch Entladen in einen sicheren Zustand gebracht werden. Im Fehlerfall kann die in der Batterie gespeicherte Energie bei z.B. externen oder internen Kurzschlüssen ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen.Batteries or battery packs for electric vehicles are realized according to the prior art with lithium-ion cells. These are connected in series and in parallel to realize the required power and the required energy content for the traction of the vehicle. The thus connected battery cells are integrated in a battery case. In addition to the battery cells, the housing also contains all the control electronics as well as relays, fuses and sensors. The electrical interface to the vehicle is realized via high-voltage (HV) plug, which can be connected to the corresponding traction lines to the vehicle's power electronics. The external energy release is only possible if the battery-internal battery management system (BMS - Battery Management System) closes two main relays. Under certain circumstances closing the two main relays is not possible. This can e.g. Conditions in which the battery was operated outside its defined operating limits (for example, overtemperature, overvoltage, overcurrent). Furthermore, the cause for not closing the main relay may also be a defective battery control device or a defect in the 12V power supply of the battery control device. This can be due to e.g. to be a vehicle crash. If the main relays can not be closed, the battery can not be brought to a safe state by discharging. In the event of a fault, the energy stored in the battery can be stored at e.g. External or internal short circuits pose a significant security risk.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie bereitzustellen, die eine integrierte Entladefunktion umfasst, welche in einem Notfall aktiviert werden kann ohne die Batterie zu öffnen bzw. aus dem Fahrzeug ausbauen zu müssen. The object of the present invention is to provide a battery comprising an integrated discharge function, which can be activated in an emergency without having to open or remove the battery from the vehicle.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Batterie mit Notentladefunktion, umfasst ein Batteriegehäuse, mindestens ein Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle, das in dem Batteriegehäuse angeordnet ist, eine erste Schaltvorrichtung, die von außerhalb des Batteriegehäuses betätigt werden kann, und einen Entladewiderstand, der in dem Batteriegehäuse angeordnet ist. Das zumindest eine Batteriemodul ist eingerichtet, über den Entladewiderstand entladen zu werden, wenn die erste Schaltvorrichtung in einer Entladestellung ist. Eine solche Batterie kann schnell durch ein gezieltes Entladen in einen sicheren Zustand gebracht werden. Dabei ist es von Vorteil, dass die Batterie über den internen Entladewiderstand auch dann entladen werden kann, wenn ein Steuerungszugriff auf die Batterie z.B. auf Grund einer defekten Steuereinheit oder einer defekten HV-Schnittstelle nicht möglich ist. Durch einen einfachen Mechanismus kann die Energie der Batterie mit Hilfe des Entladewiderstands in Wärme umgewandelt werden. Damit ist keine externe Energieumwandlungseinheit, wie z.B. eine elektronische Last oder ein externer Entladewiderstand, notwendig, um die Batterie zu entladen. Da keine externe Energieumwandlungseinheit angeschlossen werden muss, entfällt auch eine oftmals risikoreiche Kontaktierung von Hochspannungskontakten der Batterie. Somit wird ein Sicherheitsgewinn erzielt. Zudem wird ermöglicht, z.B. für die Feuerwehr am Unfallort oder Werkstattmitarbeiter bei der Reparatur, die Batterie in einen sicheren Zustand zu bringen, bevor weitere Maßnahmen ergriffen werden. Diese Notentladefunktion ist speziell für Batterien in frühen Musterphasen interessant, die hauptsächlich in Versuchsfahrzeugen betrieben werden, kann allerdings ebenso eine zusätzliche Sicherheitsfunktion der Batterie im Serieneinsatz darstellen.The emergency discharge battery of the present invention includes a battery case, at least one battery module having at least one battery cell disposed in the battery case, a first switching device that can be operated from outside of the battery case, and a discharge resistor disposed in the battery case. The at least one battery module is configured to be discharged via the discharge resistor when the first switching device is in an unloading position. Such a battery can be quickly brought into a safe state by a targeted discharge. It is advantageous that the battery can be discharged via the internal discharge resistor even if a control access to the battery, e.g. due to a defective control unit or a defective HV interface is not possible. Through a simple mechanism, the energy of the battery can be converted into heat by means of the discharge resistor. There is thus no external energy conversion unit, such as e.g. an electronic load or an external discharge resistor, necessary to discharge the battery. Since no external energy conversion unit needs to be connected, eliminates an often risky contacting of high voltage contacts of the battery. Thus, a security gain is achieved. In addition, it is possible, e.g. For the fire brigade at the scene of the accident or workshop staff at the repair to bring the battery to a safe state before further action is taken. This emergency discharge function is particularly interesting for early-stage batteries, which are mainly used in experimental vehicles, but may also represent an additional safety function of the battery in series production.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Bevorzugt ist eine zweite Schaltvorrichtung eingerichtet, durch die erste Schaltvorrichtung betätigt zu werden. Dabei ist die zweite Schaltvorrichtung eingerichtet, einen bei einer Entladung des zumindest einen Batteriemoduls über den Entladewiderstand fließenden Entladestrom zu schalten. Somit wird eine flexible Anordnung der zweiten Schaltvorrichtung in dem Batteriegehäuse ermöglicht, wodurch beispielsweise die elektrischen Verbindungen, die mit dem Entladewiderstand verbunden sind, von kurzer Länge sein können. Es ergibt sich eine kompakte und kostengünstige Bauform der Batterie. Des Weiteren kann vermieden werden, einen möglicherweise hohen Entladestrom in die Nähe einer von außen zu betätigenden ersten Schaltvorrichtung zu führen. Damit wird ein Sicherheitsgewinn erzielt.Preferably, a second switching device is set up to be actuated by the first switching device. In this case, the second switching device is set up to switch a discharge current flowing through the discharge resistor when the at least one battery module discharges. Thus, a flexible arrangement of the second switching device is made possible in the battery case, whereby, for example, the electrical connections, which are connected to the discharge resistor, can be of short length. This results in a compact and inexpensive design of the battery. Furthermore, it can be avoided to lead a possibly high discharge current in the vicinity of an externally operable first switching device. This achieves a safety gain.
Es ist vorteilhaft, wenn alle Batteriemodule eingerichtet sind, über einen gemeinsamen Entladewiderstand entladen zu werden, wenn die erste Schaltvorrichtung in der Entladestellung ist. Durch die gemeinsame Nutzung des Entladewiderstandes wird eine kompakte und kostengünstige bauliche Ausführung der Batterie ermöglicht.It is advantageous if all battery modules are set up to be discharged via a common discharge resistor when the first switching device is in the unloading position. By sharing the discharge resistor, a compact and inexpensive structural design of the battery is possible.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jedes Batteriemodul dazu eingerichtet ist, über jeweils einen zugehörigen Entladewiderstand entladen zu werden, wenn die erste Schaltvorrichtung in der Entladestellung ist. Dadurch dass die Umwandlung der Energie der Batteriemodule in Wärme auf mehrere Entladewiderstände verteilt wird, wird die Wärmeabstrahlung auf einen größeren Bereich der Batterie verteilt. Dies begünstigt die Kühlung der einzelnen Entladewiderstände. Zudem ist im Falle einer Beschädigung einzelner Entladewiderstände, wie es z.B. in einer Unfall-Situation vorkommen kann, die Entladung der Batteriemodule mit unbeschädigten Entladewiderstand weiterhin möglich.Furthermore, it is advantageous if each battery module is configured to be discharged via an associated discharge resistor when the first switching device is in the unloading position. By converting the energy of the battery modules into heat on several Discharge resistance is distributed, the heat radiation is distributed over a larger area of the battery. This favors the cooling of the individual discharge resistors. In addition, in the event of damage to individual discharge resistors, as may occur, for example, in an accident situation, the discharge of the battery modules with undamaged discharge resistance is still possible.
Ebenso vorteilhaft ist es wenn für jedes Batteriemodul eine jeweils zugehörige zweite Schaltvorrichtung eingerichtet ist, den Entladestrom über den jeweils zugehörigen Entladewiderstand zu schalten. In diesem Falle muss ein geringerer Ladestrom durch die jeweilige zweite Schaltvorrichtung geschaltet werden, wodurch eine kostengünstige und platzsparende Dimensionierung der zweiten Schaltvorrichtung ermöglicht wird.It is equally advantageous if, for each battery module, a respectively associated second switching device is set up to switch the discharge current via the respectively associated discharge resistor. In this case, a lower charging current must be switched by the respective second switching device, whereby a cost-effective and space-saving dimensioning of the second switching device is made possible.
Insbesondere ist die zweite Schaltvorrichtung eingerichtet, mittels einer durch die erste Schaltvorrichtung geschalteten Schaltspannung betätigt zu werden, die von einem der Batteriemodule geliefert wird. Damit kann der Entladevorgang unabhängig von allen externen Mitteln gestartet werden. Dies ist vorteilhaft, da besonders in einer Unfallsituation eine Beschädigung einer mitgeführten externen Stromquelle möglich ist oder auch aus anderen Gründen eine externe Stromquelle nicht verfügbar sein kann.In particular, the second switching device is arranged to be actuated by means of a switching voltage switched by the first switching device, which is supplied by one of the battery modules. Thus, the unloading process can be started independently of all external means. This is advantageous, since especially in an accident situation, damage to a carried external power source is possible or for other reasons, an external power source may not be available.
Optional ist die zweite Schaltvorrichtung eingerichtet, mittels einer durch die erste Schaltvorrichtung geschalteten Schaltspannung betätigt zu werden, die von einer externen Stromquelle geliefert wird. Damit kann eine Entladung der Batterie gewährleistet werden, falls eine oder mehrere Batteriemodule defekt sind, und keine Spannung bereitstellen, die für ein Schalten der zweiten Schaltvorrichtung genügt.Optionally, the second switching device is configured to be actuated by a switching voltage switched by the first switching device, which is supplied from an external power source. Thus, a discharge of the battery can be ensured if one or more battery modules are defective, and provide no voltage that is sufficient for switching the second switching device.
Es ist vorteilhaft, wenn die zweite Schaltvorrichtung ein Relais ist. Relais sind als zuverlässige und kostengünstige Standardbauteile verfügbar, die auch zum Schalten hoher Ströme geeignet sind.It is advantageous if the second switching device is a relay. Relays are available as reliable and cost-effective standard components that are also suitable for switching high currents.
Die erste Schaltvorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, durch eine manuell zu bedienende Betätigungsvorrichtung betätigt zu werden, die zumindest teilweise auf der Außenseite des Batteriegehäuses angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Aktivierung der Entladung der Batterie gewährleistet. Eine einfache Aktivierung der Entladung ist vorteilhaft, da die Entladung in diesem Fall auch durch nicht fachkundige Personen und ohne passendes Werkzeug aktiviert werden kann. Eine nicht fachkundige Person könnte z.B. ein Helfer an einer Unfallstellte sein.The first switching device is preferably configured to be actuated by a manually operated actuating device, which is arranged at least partially on the outside of the battery housing. In this way, a particularly simple activation of the discharge of the battery is ensured. A simple activation of the discharge is advantageous because the discharge in this case can also be activated by non-expert persons and without suitable tools. A non-expert could e.g. to be a helper at an accident site.
Die Batterie ist bevorzugt eine Hochspannungsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Merkmale. Diese hat insbesondere eine Ausgangsspannung zwischen 350V und 450V. Gerade bei hohen Spannungen geht von einer geladenen Batterie ein erhöhtes Gefahrenpotential aus. Damit ist eine Notentladefunktion gerade bei solchen Batterien vorteilhaft.The battery is preferably a high-voltage battery, in particular a traction battery for an electrically driven vehicle, with one or more of the features described above. This has in particular an output voltage between 350V and 450V. Especially at high voltages is from a charged battery increased risk potential. Thus, an emergency discharge is advantageous especially in such batteries.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
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
Die folgenden Ausführungsformen zeigen Beispiele der erfindungsgemäßen Batterie in unterschiedlichen Schaltzuständen. Ein Schaltzustand entspricht dabei einer aktivierten Notladefunktion. Dies bedeutet, dass die Batterie
In dieser Ausführungsform ist ein Relais
In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsversorgung der Relais
In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsversorgung zum Schalten der zweiten Schaltvorrichtung
In den ersten beiden Ausführungsformen ist die Notentladefunktion dadurch realisiert, dass die Batterie
In dieser Ausführungsform ist ein Relais
In dieser dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsversorgung der Relais
Die erste Schaltvorrichtung
In dieser vierten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsversorgung zum Schalten der Relais batterieintern durch ein Batteriemodul
In der dritten und der vierten Ausführungsform ist die Notentladefunktion dadurch realisiert, dass die einzelnen Batteriemodule
Auch wenn die zweite Schaltvorrichtung in den zuvor ausgeführten Ausführungsformen in Form eines Relais ausgeführt ist, so sind dennoch auch andere Arten von schaltenden Bauelementen wie z.B. Transistoren denkbar.Although the second switching device is embodied in the form of a relay in the previously described embodiments, other types of switching devices, such as e.g. Transistors conceivable.
Claims (10)
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