DE102013218668A1 - Device and method for cooling a switching device, overcurrent protection device and / or sensor device, and battery separator and battery system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Schafteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200), umfassend: eine erste Stromschiene (3101, 3102), die mit einem ersten elektrischen Anschluss (2101, 2102) der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) verbindbar ist, so dass Wärme von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) über den ersten elektrischen Anschluss (2101, 2102) an die erste Stromschiene (3101, 3102) ableitbar ist, und eine Kühleinrichtung (400) zum Kühlen der ersten Stromschiene (3101, 3102) mittels eines Temperiermittels (410), eines gasförmigen Temperiermittels oder von Luft, eine Batterietrennvorrichtung, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug, ein Verfahren und eine Verwendung.The invention relates to a device for cooling a shaft device, overcurrent protection device or sensor device (200), comprising: a first busbar (310 1 , 310 2 ) connected to a first electrical connection (210 1 , 210 2 ) of the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200) is connectable, so that heat from the switching device, overcurrent protection device or sensor device (200) via the first electrical connection (210 1 , 210 2 ) to the first busbar (310 1 , 310 2 ) can be derived, and a cooling device (400) for cooling the first busbar (310 1 , 310 2 ) by means of a temperature control means (410), a gaseous temperature control medium or air, a battery separator, a battery system, a vehicle, a method and a use.

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Figure DE102013218668A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung einer Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung und/oder einer Sensoreinrichtung sowie eine Batterietrennvorrichtung und ein Batteriesystem. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit dem Batteriesystem.The invention relates to a device and a method for cooling a switching device, overcurrent protection device and / or a sensor device and a battery separator and a battery system. The invention further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle such as electric motor vehicle or hybrid vehicle, with the battery system.

Stand der TechnikState of the art

Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare Energiespeicher vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.It is foreseeable that both in stationary applications, for example in wind turbines, and in mobile applications, for example in electric vehicles (EV) or hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV), as rechargeable energy storage increasingly new battery systems, for example with lithium-ion batteries or nickel-metal hybrid batteries will be used.

Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade-/Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.The battery systems must meet very high requirements in terms of usable energy content, charge / discharge efficiency, reliability, life and unwanted capacity loss due to frequent partial discharge.

Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und/oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.A battery system includes a plurality of battery cells. Due to their internal cell resistance, the battery cells heat up during charging and discharging. The battery cells can be connected in series (series) to increase the voltage and / or connected in parallel to increase the maximum electric current. In this case, the battery cells can be combined to form battery units or battery modules. When used to drive vehicles, for example, about 100 battery cells can be connected in series or in parallel. For example, in a high voltage battery system, the total voltage may be 450V or even 600V.

Um die Sicherheit des Batteriesystems, insbesondere des Hochvoltbatteriesystems, zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, den Stromkreis beispielsweise mittels einer Schalteinrichtung wie eines Relais, eines Schützes insbesondere eines Schaltschützes oder eines Schalters unterbrechen zu können. Die Schalteinrichtung muss hohe Ströme beispielsweise mehrere 100 A übertragen und auch sicher trennen können. Deshalb ist die Schalteinrichtung eine wichtige und kostenintensive Komponente. Kurzschlussströme können beispielsweise mit einer Überstromschutzeinrichtung wie einer Sicherung insbesondere Schmelzsicherung abgesichert sein. Die Schalteinrichtung, die Überstromschutzeinrichtung und/oder eine Sensoreinrichtung können beispielsweise in dem Batteriesystem oder einer Batterietrennvorrichtung (battery disconnect unit, BDU) angeordnet sein.In order to ensure the safety of the battery system, in particular the high-voltage battery system, it is therefore necessary to be able to interrupt the circuit, for example by means of a switching device such as a relay, a contactor, in particular a contactor or a switch. The switching device must be able to transmit high currents, for example, several 100 A and also safely disconnect. Therefore, the switching device is an important and expensive component. Short-circuit currents can be protected, for example, with an overcurrent protection device such as a fuse, in particular fuse. The switching device, the overcurrent protection device and / or a sensor device can be arranged, for example, in the battery system or a battery disconnect unit (BDU).

Somit wird in der Regel für die Auslegung der Schalteinrichtung der zu übertragende Strom entscheidend sein. Aufgrund des Kontaktwiderstands der internen Kontakte der Schafteinrichtung verursacht der übertragene Strom Wärme. Zu einem großen Teil wird diese Wärme von den internen Kontakten über die Anschlüsse (Terminals) der Schafteinrichtung und Stromschienen, die mit den Terminals verbunden sind, abgeleitet. Wenn ein hoher Strom über längere Zeit über die Schalteinrichtung übertragen wird, kann die Schalteinrichtung beschädigt werden.Thus, the current to be transmitted will usually be decisive for the design of the switching device. Due to the contact resistance of the internal contacts of the shank device, the transmitted current causes heat. To a large extent, this heat is dissipated from the internal contacts via the terminals of the shunting device and bus bars connected to the terminals. If a high current is transmitted over the switching device for a long time, the switching device may be damaged.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Wärmeableitung von der Schalteinrichtung und/oder der Überstromschutzeinrichtung und/oder der Sensoreinrichtung wie Stromsensoreinrichtung, auch bei hohen Strömen, erhöht werden kann. Dadurch kann eine Schalteinrichtung und/oder eine Überstromschutzeinrichtung verwendet werden, die im Vergleich eine andere, d. h. niedrigere, Spezifikation aufweist. Dadurch kann die Größe der Batterietrennvorrichtung und/oder des Batteriesystems reduziert werden. Somit können die Kosten beispielsweise Herstellungskosten der Batterietrennvorrichtung und/oder des Batteriesystems reduziert werden.The devices and methods according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the heat dissipation of the switching device and / or the overcurrent protection device and / or the sensor device such as current sensor device, even at high currents, can be increased. Thereby, a switching device and / or an overcurrent protection device can be used, which in comparison to another, d. H. lower, specification has. Thereby, the size of the battery separator and / or the battery system can be reduced. Thus, the cost, for example, manufacturing costs of the battery separator and / or the battery system can be reduced.

Das Temperiermittel kann ein Kältemittel, Kühlmittel oder Heizmittel umfassen. Das Temperiermittel kann ein Fluid, zum Beispiel ein Gas wie Kohlendioxid oder ein Gasgemisch wie Luft oder eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch, umfassen.The temperature control means may comprise a refrigerant, coolant or heating means. The tempering agent may comprise a fluid, for example a gas such as carbon dioxide or a gas mixture such as air or a liquid such as alcohol, for example propane-1,2,3-triol (glycerol, glycerol), oil or water or a liquid mixture.

Durch die in den rückbezogenen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous developments and improvements of the independent claims specified devices and methods are possible.

Zweckmäßiger Weise kann eine zweite Stromschiene mit einem zweiten elektrischen Anschluss der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung verbindbar sein, so dass Wärme von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung über den zweiten elektrischen Anschluss an die zweite Stromschiene ableitbar ist. Dabei kann die Kühleinrichtung die zweite Stromschiene kühlen.Appropriately, a second busbar can be connected to a second electrical connection of the switching device, overcurrent protection device or sensor device, so that heat can be dissipated from the switching device, overcurrent protection device or sensor device via the second electrical connection to the second busbar. In this case, the cooling device can cool the second busbar.

Zweckmäßiger Weise kann die erste Stromschiene mit einem Verbraucher, zum Beispiel einem Fahrzeug oder einem Motor wie einem Fahrzeugmotor, verbindbar sein. Alternativ kann die erste Stromschiene mit einem elektrischen Speicher, zum Beispiel einer Batteriezelle, einem Batteriemodul oder einem Batteriesystem, verbindbar sein. Dadurch kann die Kühlung an die Wärme des Verbrauchers und/oder des Speichers angepasst werden. Conveniently, the first bus bar may be connectable to a consumer, for example a vehicle or an engine such as a vehicle engine. Alternatively, the first busbar may be connectable to an electrical storage, for example a battery cell, a battery module or a battery system. As a result, the cooling can be adapted to the heat of the consumer and / or the storage.

Zweckmäßiger Weise kann die zweite Stromschiene mit dem elektrischen Speicher verbindbar sein, wenn die erste Stromschiene mit dem Verbraucher verbindbar ist. Alternativ kann die zweite Stromschiene mit dem Verbraucher verbindbar sein, wenn die erste Stromschiene mit dem elektrischen Speicher verbindbar ist. Dadurch kann die Wärmeableitung von der Schalteinrichtung und/oder der Überstromschutzeinrichtung und/oder der Sensoreinrichtung wie Stromsensoreinrichtung erhöht werden.Appropriately, the second busbar can be connected to the electrical storage, when the first busbar is connectable to the consumer. Alternatively, the second busbar can be connected to the consumer when the first busbar is connectable to the electrical storage. As a result, the heat dissipation from the switching device and / or the overcurrent protection device and / or the sensor device such as the current sensor device can be increased.

Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung eine Strömungseinrichtung, zum Beispiel eine Pumpe, einen Lüfter oder einen Ventilator, oder eine Konvektionsströmungseinrichtung zum Erzeugen einer Strömung des Temperiermittels umfassen. Dadurch kann die Wärmeableitung erhöht werden.Conveniently, the device may comprise a flow device, for example a pump, a fan or a fan, or a Konvektionsströmungseinrichtung for generating a flow of the temperature control. This can increase the heat dissipation.

Die Erfindung stellt eine Batterietrennvorrichtung bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung umfasst.The invention provides a battery separator comprising the device described above.

Die Erfindung stellt ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Vorrichtung oder Batterietrennvorrichtung umfasst.The invention provides a battery system comprising the above-described device or battery separator.

Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Vorrichtung, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterietrennvorrichtung oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.The invention further provides a vehicle, in particular motor vehicle such as electric motor vehicle, hybrid vehicle or electric motorcycle (electric bike, e-bike), electric bicycle (pedelec), a maritime vehicle such as electric boat, an aircraft or a spacecraft, ready, the previously described and with the Vehicle-connected device, the previously described and connected to the vehicle battery separator or the previously described and connected to the vehicle battery system.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Seitenansicht einer Batterietrennvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic side view of a battery separator 10 according to an embodiment of the invention,

2 eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 20 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und 2 a schematic side view of a battery system 20 according to another embodiment of the invention, and

3 eine schematische Draufsicht des Batteriesystems 20 gemäß der anderen Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic plan view of the battery system 20 according to the other embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Batterietrennvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic side view of a battery separator 10 according to an embodiment of the invention.

Die Batterietrennvorrichtung 10 umfasst eine Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung, wie Sicherungseinrichtung, oder Sensoreinrichtung, wie Stromsensoreinrichtung, 200, einen ersten Stromleiter wie eine erste Stromschiene 310 1, 310 2 und eine Kühleinrichtung 400 zum Kühlen der ersten Stromschiene 310 1, 310 2 mittels von Luft als Temperiermittel 410.The battery separator 10 includes a switching device, overcurrent protection device, such as safety device, or sensor device, such as current sensor device, 200 , a first conductor such as a first bus bar 310 1 , 310 2 and a cooling device 400 for cooling the first busbar 310 1 , 310 2 by means of air as a temperature control 410 ,

Die Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 umfasst einen ersten elektrischen Anschluss (Terminal) 210 1 und einen zweiten elektrischen Anschluss 210 2 (Hauptanschlüsse) und ein Gehäuse 230, das beispielsweise Kunststoff umfassen kann. Die Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 umfasst, je nach Funktion, eine elektrische Komponente beispielsweise einen Schaltkontakt, eine Sicherung oder einen Sensor wie Stromsensor, die zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 210 1 und dem zweiten elektrischen Anschluss 210 2 angeordnet ist. Die Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 kann weitere Anschlüsse beispielsweise Steueranschlüsse umfassen. Die Schaltereinrichtung kann beispielsweise als Relais, Schalter oder Schütz wie Schaltschütz ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung kann einpolig oder mehrpolig beispielsweise zweipolig ausgebildet sein.The switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 includes a first electrical connection (terminal) 210 1 and a second electrical connection 210 2 (main connections) and a housing 230 , which may include plastic, for example. The switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 includes, depending on the function, an electrical component such as a switching contact, a fuse or a sensor such as current sensor, which between the first electrical connection 210 1 and the second electrical connection 210 2 is arranged. The switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 For example, other ports may include control ports. The switch device may be formed, for example, as a relay, switch or contactor such as contactor. The switching device may be formed unipolar or multipolar, for example, two-pole.

Die erste Stromschiene 310 1, 310 2 weist eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine gute thermische Leitfähigkeit auf und kann ein Metall wie Aluminium oder Kupfer oder eine Metalllegierung wie Messing umfassen. Die erste Stromschiene 310 1, 310 2 kann beispielsweise einen runden, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt umfassen. Die erste Stromschiene 310 1, 310 2 ist beispielsweise mit dem ersten elektrischen Anschluss 210 1 beispielsweise mittels einer Schraubverbindung verbunden. Alternativ kann sie mit dem zweiten elektrischen Anschluss 210 2 verbunden sein. Wie 1 gezeigt, kann die erste Stromschiene 310 1, 310 2 weiterhin mit einem elektrischen Speicher 100 beispielsweise einer Batteriezelle 100 1–100 4, einem Batteriemodul, umfassend Batteriezellen, oder einem Batteriesystem 20 verbunden sein. Alternativ kann die erste Stromschiene 310 1, 310 2 weiterhin mit einem elektrischen Verbraucher 600 beispielsweise einem Fahrzeug oder einem Motor wie einem Fahrzeugmotor verbunden sein. Vorzugsweise umfassen die Verbindungen jeweils eine große Kontaktfläche für eine gute elektrische und thermische Verbindung. Somit kann Wärme, die beispielsweise aufgrund des Übergangswiderstands an einem Schaltkontakt entsteht, von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 über einen ersten elektrischen Anschluss 210 1, 210 2 an die erste Stromschiene 310 1, 310 2 abgeleitet werden.The first conductor rail 310 1 , 310 2 has good electrical conductivity and good thermal conductivity and may comprise a metal such as aluminum or copper or a metal alloy such as brass. The first busbar 310 1 , 310 2 may for example comprise a round, rectangular or square cross-section. The first busbar 310 1 , 310 2 is for example with the first electrical connection 210 1, for example, connected by means of a screw connection. Alternatively, it can be connected to the second electrical connection 210 2 connected. As 1 shown, the first busbar 310 1 , 310 2 continues with an electrical storage 100 for example, a battery cell 100 1 - 100 4 , a battery module comprising battery cells, or a battery system 20 be connected. Alternatively, the first busbar 310 1 , 310 2 continues with an electrical consumer 600 For example, be connected to a vehicle or an engine such as a vehicle engine. Preferably, the connections each comprise a large contact area for a good electrical and thermal connection. Thus, heat, which arises for example due to the contact resistance at a switching contact, of the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 via a first electrical connection 210 1 , 210 2 to the first busbar 310 1 , 310 2 are derived.

Die Kühleinrichtung 400 kühlt die erste Stromschiene 310 1, 310 2 mittels der Luft 410. Da die von dem elektrischen Anschluss 210 1, 210 2 abgeleitete Wärme aus der ersten Stromschiene 310 1, 310 2, und somit auch aus der Batterietrennvorrichtung 10, abgeführt wird, entsteht ein kontinuierlicher) Wärmestrom von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 über die Stromschiene 310 1, 310 2 aus der Batterietrennvorrichtung 10 heraus. Im Vergleich zu einer Wärmeabstrahlung über das Gehäuse 230 ist die Wärmeabfuhr verbessert, sodass die Dimensionierung der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 reduziert werden.The cooling device 400 cools the first busbar 310 1 , 310 2 by means of the air 410 , Because of the electrical connection 210 1 , 210 2 derived heat from the first busbar 310 1 , 310 2 , and thus also from the battery separator 10 , is discharged, creates a continuous) heat flow from the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 over the busbar 310 1 , 310 2 from the battery separator 10 out. Compared to a heat radiation through the housing 230 the heat dissipation is improved so that the dimensioning of the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 be reduced.

Die Batterietrennvorrichtung 10 kann weiterhin einen zweiten Stromleiter wie eine zweite Stromschiene 310 1, 310 2 umfassen. Dabei entsprechen Aufbau, Anordnung und Funktion der zweiten Stromschiene 310 1, 310 2 im Wesentlichen Aufbau, Anordnung und Funktion der ersten Stromschiene 310 1, 310 2. Durch die zweite Stromschiene 310 1, 310 2 ist die Wärmeabfuhr weiter verbessert.The battery separator 10 can continue a second conductor such as a second busbar 310 1 , 310 2 include. This corresponds to the structure, arrangement and function of the second busbar 310 1 , 310 2 essentially structure, arrangement and function of the first busbar 310 1 , 310 2 . Through the second busbar 310 1 , 310 2 , the heat dissipation is further improved.

Die Batterietrennvorrichtung 10 kann weiterhin eine Strömungseinrichtung 450 beispielsweise eine Pumpe, einen Lüfter oder einen Ventilator oder eine Konvektionsströmungseinrichtung zum Erzeugen oder Verstärken einer Strömung des Temperiermittels 410 umfassen. Dabei kann die Konvektionsströmungseinrichtung die Konvektion, d. h. die Strömung aufgrund von Dichteänderung in einem Schwerefeld (Kamineffekt) des Temperiermittels 410 nutzen. Durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und oder einen Übergang von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung kann die Wärmeabfuhr verbessert werden.The battery separator 10 can continue a flow device 450 For example, a pump, a fan or a fan or a Konvektionsströmungseinrichtung for generating or enhancing a flow of the temperature control 410 include. In this case, the convection flow device can convection, ie the flow due to density change in a gravitational field (chimney effect) of the temperature control 410 use. By increasing the flow velocity and / or a transition from a laminar flow to a turbulent flow, the heat dissipation can be improved.

Die Batterietrennvorrichtung 10 kann weiterhin ein Gehäuse 500 umfassen, in dem die Einrichtungen der Batterietrennvorrichtung 10 angeordnet sind. Das Gehäuse 500 kann Öffnungen beispielsweise Einlassöffnungen 510 und Auslassöffnungen 520 zum Austausch der Luft umfassen.The battery separator 10 can continue a housing 500 in which the devices of the battery separator 10 are arranged. The housing 500 For example, openings may be inlet openings 510 and outlet openings 520 to exchange the air.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Batteriesystems 20 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und 3 zeigt eine schematische Draufsicht des Batteriesystems 20 gemäß der anderen Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic side view of a battery system 20 according to another embodiment of the invention, and 3 shows a schematic plan view of the battery system 20 according to the other embodiment of the invention.

Das Batteriesystem 20 umfasst eine, zwei, drei oder mehr voneinander beabstandete Batteriezellen 100 1–100 4, jeweils mit Anschlüssen zum Beispiel 110 1–110 4, eine Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung, wie Stromsensoreinrichtung, 200, eine erste Stromschiene 310 1, eine zweite Stromschiene 310 2 und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der ersten Stromschiene 310 1, 310 2 mittels von Luft als Temperiermittel 410.The battery system 20 includes one, two, three or more spaced-apart battery cells 100 1 - 100 4 , each with connections for example 110 1 - 110 4 , a switching device, overcurrent protection device or sensor device, such as current sensor device, 200 , a first busbar 310 1 , a second busbar 310 2 and a cooling device for cooling the first busbar 310 1 , 310 2 by means of air as a temperature control 410 ,

Die Batteriezellen 100 1–110 4 können als Primärzellen bzw. Primärelemente, die nicht wiederaufladbar sind, oder als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein. Die Sekundärzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Li-Ion-Akku, Li-Ionen-Sekundärbatterie) oder Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPoly-Akku, LiPo-Akku) ausgebildet sein. Die Batteriesystem 20 kann weiterhin ein Batteriemodul zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 100 1–100 4 umfassen (in 2 und 3 nicht gezeigt).The battery cells 100 1 - 110 4 may be formed as primary cells or primary elements that are not rechargeable or as secondary cells that are rechargeable. The secondary cells may be formed, for example, as a lithium-ion battery (lithium battery, lithium-ion battery, Li-ion battery, Li-ion secondary battery) or lithium polymer battery (LiPoly battery, LiPo battery) , The battery system 20 can also be a battery module for electrically connecting the battery cells 100 1 - 100 4 include (in 2 and 3 Not shown).

Die Batteriezellen 100 1–100 4 können, wie in 2 und 3 gezeigt, mittels von Zellverbindern 130 12, 130 23, 130 34 in Reihe (Serie) verschaltet sein, um die elektrische Spannung, die zwischen den Anschlüssen 110 1 und 110 4 anliegt, zu erhöhen. Die Zellverbinder 130 12, 130 23, 130 34 können, wie in 2 und 3 gezeigt, jeweils mit den Anschlüssen zum Beispiel 110 1–110 3 der Batteriezellen 100 1–100 4 mittels von Schrauben 120 2, 120 3, 125 1–125 4 verbunden sein.The battery cells 100 1 - 100 4 can, as in 2 and 3 shown by means of cell connectors 130 12 , 130 23 , 130 34 connected in series (series) to the voltage between the terminals 110 1 and 110 4 is present, increase. The cell connectors 130 12 , 130 23 , 130 34 can, as in 2 and 3 shown, each with the connections for example 110 1 - 110 3 of the battery cells 100 1 - 100 4 by means of screws 120 2 , 120 3 , 125 1 - 125 4 connected.

Die Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 umfasst, wie bereits mit Bezug auf 1 beschrieben, einen ersten elektrischen Anschluss 210 1 und einen zweiten elektrischen Anschluss 210 2 und ein Gehäuse 230.The switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 includes, as already with reference to 1 described, a first electrical connection 210 1 and a second electrical connection 210 2 and a housing 230 ,

Die erste Stromschiene 310 1 ist mit dem ersten elektrischen Anschluss 210 1 mittels einer Schraube 220 1 und mit dem Anschluss 110 4 der Batteriezelle 100 4 mittels einer Schraube 120 4 verbunden. Die zweite Stromschiene 320 1 ist mit dem zweiten elektrischen Anschluss 210 1 mittels einer Schraube 220 2 verbunden. Die Stromschienen 310 1, 310 2 sind über und entlang den Batteriezellen 100 1–100 4 zwischen den Zellverbindern 130 12, 130 23, 130 34 angeordnet. Dabei können die Stromschienen 310 1, 310 2, wie in 2 und 3 gezeigt, oberhalb der Zellverbinder 130 12, 130 23, 130 34 angeordnet sein. Die Stromschienen 310 1, 310 2 können beispielsweise, wie in 2 und 3 gezeigt, horizontal angeordnet sein oder auch vertikal angeordnet sein.The first busbar 310 1 is with the first electrical connection 210 1 by means of a screw 220 1 and with the connection 110 4 of the battery cell 100 4 by means of a screw 120 4 connected. The second busbar 320 1 is to the second electrical connection 210 1 by means of a screw 220 2 connected. The busbars 310 1 , 310 2 are above and along the battery cells 100 1 - 100 4 between the cell connectors 130 12 , 130 23 , 130 34 arranged. This can be the busbars 310 1 , 310 2 , as in 2 and 3 shown above the cell connectors 130 12 , 130 23 , 130 34 may be arranged. The busbars 310 1 , 310 2 can, for example, as in 2 and 3 shown, be arranged horizontally or vertically arranged.

Die Kühleinrichtung kühlt die Stromschienen 310 1, 310 2 mittels der Luft 410. Da die von den elektrischen Anschlüssen 210 1, 210 2 abgeleitete Wärme aus den Stromschienen 310 1, 310 2, und somit auch aus dem Batteriesystem 20, abgeführt wird, entsteht ein (kontinuierlicher) Wärmestrom von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 über die Stromschienen 310 1, 310 2 aus dem Batteriesystem 20 heraus. Somit kann eine Temperiereinrichtung, die zur Temperierung des Batteriesystems 20 vorhanden ist, auch zur Temperierung der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 verwendet werden. Im Vergleich zu einer Wärmeabstrahlung über das Gehäuse 230 der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 ist die Wärmeabfuhr verbessert, sodass die Dimensionierung der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung 200 reduziert werden.The cooling device cools the busbars 310 1 , 310 2 by means of the air 410 , Because of the electrical connections 210 1 , 210 2 derived heat from the busbars 310 1 , 310 2 , and thus also from the battery system 20 , is discharged, creates a (continuous) heat flow from the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 over the busbars 310 1 , 310 2 from the battery system 20 out. Thus, a tempering, the temperature of the battery system 20 is present, also for temperature control of the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 be used. Compared to a heat radiation through the housing 230 the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 the heat dissipation is improved so that the dimensioning of the switching device, overcurrent protection device or sensor device 200 be reduced.

Die Form, Oberfläche und/oder Struktur der Stromschienen 310 1, 310 2 kann so ausgebildet sein, dass ihre wirksame Oberfläche vergrößert wird. Die Kühleinrichtung kann weiterhin eine, zwei, drei oder mehr Wärmeübertragungseinrichtungen umfassen. Die Wärmeübertragungseinrichtungen können beispielsweise als Kühlkörper 420 1, 420 2, die beispielsweise auf den Stromschienen 310 1, 310 2 angeordnet sind, ausgebildet sein, so dass die wirksame Oberfläche der Stromschienen 310 1, 310 2 vergrößert wird. Durch eine Vergrößerung der wirksamen Oberfläche kann die Wärmeabfuhr verbessert werden.The shape, surface and / or structure of the busbars 310 1 , 310 2 may be configured to increase its effective surface area. The cooling device may further comprise one, two, three or more heat transfer devices. The heat transfer devices can, for example, as a heat sink 420 1 , 420 2 , for example, on the busbars 310 1 , 310 2 are arranged, be formed, so that the effective surface of the busbars 310 1 , 310 2 is increased. By increasing the effective surface, the heat dissipation can be improved.

Das Batteriesystem 20 kann, wie bereits zum Bezug auf 1 beschrieben, eine Strömungseinrichtung (in 2 und 3 nicht gezeigt) beispielsweise eine Pumpe, einen Lüfter oder einen Ventilator oder eine Konvektionsströmungseinrichtung zum Erzeugen oder Verstärken einer Strömung der Luft 410 umfassen. Dabei kann die Konvektionsströmungseinrichtung die Konvektion, d. h. die Strömung aufgrund von Dichteänderung in einem Schwerefeld (Kamineffekt) der Luft 410 nutzen.The battery system 20 can, as already referring to 1 described a flow device (in 2 and 3 not shown), for example, a pump, a fan or a fan or a Konvektionsströmungseinrichtung for generating or enhancing a flow of air 410 include. In this case, the convection flow device, the convection, ie the flow due to density change in a gravity field (chimney effect) of the air 410 use.

Claims (14)

Vorrichtung zur Kühlung einer Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200), umfassend: – eine erste Stromschiene (310 1, 310 2), die mit einem ersten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) verbindbar ist, so dass Wärme von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) über den ersten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) an die erste Stromschiene (310 1, 310 2) ableitbar ist, und – eine Kühleinrichtung (400) zum Kühlen der ersten Stromschiene (310 1, 310 2) mittels eines Temperiermittels (410), eines gasförmigen Temperiermittels oder von Luft.Device for cooling a switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ), comprising: - a first busbar ( 310 1 , 310 2 ) connected to a first electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) is connectable, so that heat from the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) via the first electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) to the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) is derivable, and - a cooling device ( 400 ) for cooling the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) by means of a temperature control agent ( 410 ), a gaseous temperature control agent or air. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: – eine zweite Stromschiene (310 1, 310 2), die mit einem zweiten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) verbindbar ist, so dass Wärme von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) über den zweiten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) an die zweite Stromschiene (310 1, 310 2) ableitbar ist, wobei – die Kühleinrichtung (400) die zweite Stromschiene (310 1, 310 2) mittels des Temperiermittels (410), des gasförmigen Temperiermittels oder der Luft kühlen kann.The device of claim 1, further comprising: - a second busbar ( 310 1 , 310 2 ) connected to a second electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) is connectable, so that heat from the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) via the second electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) to the second busbar ( 310 1 , 310 2 ) is derivable, wherein - the cooling device ( 400 ) the second busbar ( 310 1 , 310 2 ) by means of the temperature control ( 410 ), the gaseous temperature control agent or the air can cool. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: – die erste Stromschiene (310 1, 310 2) mit einem Verbraucher (600), einem Fahrzeug oder einem Fahrzeugmotor verbindbar ist, oder – die erste Stromschiene (310 1, 310 2) mit einem elektrischen Speicher (100), einer Batteriezelle (100 1–100 4), einem Batteriemodul oder einem Batteriesystem (20) verbindbar ist.The device according to claim 1 or 2, wherein: - the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) with a consumer ( 600 ), a vehicle or a vehicle engine is connectable, or - the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) with an electrical memory ( 100 ), a battery cell ( 100 1 - 100 4 ), a battery module or a battery system ( 20 ) is connectable. Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei: – die zweite Stromschiene (310 1) mit dem elektrischen Speicher (100), der Batteriezelle (100 1–100 4), dem Batteriemodul oder dem Batteriesystem (20) verbindbar ist, wenn die erste Stromschiene (310 2) mit dem Verbraucher (600), dem Fahrzeug oder dem Fahrzeugmotor verbindbar ist, oder – die zweite Stromschiene (310 2) mit dem Verbraucher (600), dem Fahrzeug oder dem Fahrzeugmotor verbindbar ist, wenn die erste Stromschiene (310 1) mit dem elektrischen Speicher (100), der Batteriezelle (100 1–100 4), dem Batteriemodul oder dem Batteriesystem (20) verbindbar ist.The device according to claim 3, wherein: - the second busbar ( 310 1 ) with the electrical storage ( 100 ), the battery cell ( 100 1 - 100 4 ), the battery module or the battery system ( 20 ) is connectable when the first busbar ( 310 2 ) with the consumer ( 600 ), the vehicle or the vehicle engine is connectable, or - the second busbar ( 310 2 ) with the consumer ( 600 ), the vehicle or the vehicle engine is connectable when the first busbar ( 310 1 ) with the electrical storage ( 100 ), the battery cell ( 100 1 - 100 4 ), the battery module or the battery system ( 20 ) is connectable. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: – eine Strömungseinrichtung (450), eine Pumpe, einen Lüfter oder einen Ventilator oder eine Konvektionsströmungseinrichtung zum Erzeugen einer Strömung des Temperiermittels (410), des gasförmigen Temperiermittels oder der Luft.The apparatus of any one of claims 1 to 4, further comprising: - a flow device ( 450 ), a pump, a fan or a fan or a Konvektionsströmungseinrichtung for generating a flow of the temperature control ( 410 ), the gaseous temperature control agent or the air. Batterietrennvorrichtung (10), umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Battery separator ( 10 ), comprising: - the device according to one of claims 1 to 5. Batteriesystem (20), umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Battery system ( 20 ), comprising: - the device according to one of claims 1 to 5. Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterietrennvorrichtung (10) nach Anspruch 6 verbunden mit dem Fahrzeug, oder das Batteriesystem (20) nach Anspruch 7 verbunden mit dem Fahrzeug.A vehicle, motor vehicle, electric motor vehicle or hybrid vehicle, comprising: the device according to one of claims 1 to 5 connected to the vehicle, - the battery separator ( 10 ) according to claim 6 connected to the vehicle, or the battery system ( 20 ) according to claim 7 connected to the vehicle. Verfahren zur Kühlung einer Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200), umfassend: – Ableiten von Wärme von der Schafteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) über einen ersten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) an eine erste Stromschiene (310 1, 310 2), die mit dem ersten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) verbunden ist, und – Kühlen der ersten Stromschiene (310 1, 310 2) mittels eines Temperiermittels (410), eines gasförmigen Temperiermittels oder von Luft.Method for cooling a switching device, overcurrent protective device or sensor device ( 200 ), comprising: - dissipating heat from the shank device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) via a first electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) to a first busbar ( 310 1 , 310 2 ) connected to the first electrical connection ( 210 1 , 210 2 ), and - cooling the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) by means of a temperature control agent ( 410 ), a gaseous temperature control agent or air. Das Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: – Ableiten von Wärme von der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) über einen zweiten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) der Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200) an eine zweite Stromschiene (310 1, 310 2), die mit dem zweiten elektrischen Anschluss (210 1, 210 2) verbunden ist, und – Kühlen der zweiten Stromschiene (310 1, 310 2) mittels des Temperiermittels (410), des gasförmigen Temperiermittels oder der Luft.The method of claim 9, further comprising: dissipating heat from the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) via a second electrical connection ( 210 1 , 210 2 ) the switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ) to a second busbar ( 310 1 , 310 2 ) connected to the second electrical connection ( 210 1 , 210 2 ), and - cooling the second busbar ( 310 1 , 310 2 ) by means of the temperature control ( 410 ), the gaseous temperature control agent or the air. Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei: – die erste Stromschiene (310 1, 310 2) mit einem Verbraucher (600), einem Fahrzeug oder einem Fahrzeugmotor verbunden ist, oder – die erste Stromschiene (310 1, 310 2) mit einem elektrischen Speicher (100), einer Batteriezelle (100 1–100 5), einem Batteriemodul oder einem Batteriesystem (20) verbunden ist.The method of claim 9 or 10, wherein: - the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) with a consumer ( 600 ), a vehicle or a vehicle engine is connected, or - the first busbar ( 310 1 , 310 2 ) with an electrical memory ( 100 ), a battery cell ( 100 1 - 100 5 ), a battery module or a battery system ( 20 ) connected is. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei: – die zweite Stromschiene (310 1) mit dem elektrischen Speicher (100), der Batteriezelle (100 1–100 5), dem Batteriemodul oder dem Batteriesystem (20) verbunden ist, wenn die erste Stromschiene (310 2) mit dem Verbraucher (600), dem Fahrzeug oder dem Fahrzeugmotor verbunden ist, oder – die zweite Stromschiene (310 2) mit dem Verbraucher (600), dem Fahrzeug oder dem Fahrzeugmotor verbunden ist, wenn die erste Stromschiene (310 1) mit dem elektrischen Speicher (100), der Batteriezelle (100 1–100 5), dem Batteriemodul oder dem Batteriesystem (20) verbunden ist.The method of claim 11, wherein: - the second busbar ( 310 1 ) with the electrical storage ( 100 ), the battery cell ( 100 1 - 100 5 ), the battery module or the battery system ( 20 ) is connected when the first busbar ( 310 2 ) with the consumer ( 600 ), the vehicle or the vehicle engine is connected, or - the second busbar ( 310 2 ) with the consumer ( 600 ), the vehicle or the vehicle engine is connected when the first busbar ( 310 1 ) with the electrical storage ( 100 ), the battery cell ( 100 1 - 100 5 ), the battery module or the battery system ( 20 ) connected is. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, weiterhin umfassend: – Erzeugen einer Strömung des Temperiermittels (410), des gasförmigen Temperiermittels oder der Luft mittels einer Strömungseinrichtung, einer Pumpe, eines Lüfters oder eines Ventilators, oder von Konvektion.The method according to one of claims 9 to 12, further comprising: generating a flow of the temperature control agent ( 410 ), the gaseous temperature control medium or the air by means of a flow device, a pump, a fan or a fan, or convection. Verwendung einer Stromschiene (310 1, 310 2) zur Kühlung einer Schalteinrichtung, Überstromschutzeinrichtung oder Sensoreinrichtung (200).Use of a busbar ( 310 1 , 310 2 ) for cooling a switching device, overcurrent protection device or sensor device ( 200 ).
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