DE102014206270A1 - Battery system with a battery for supplying a high-voltage network and at least one switching unit for limiting a current flowing through the battery and the high-voltage terminals of the battery fault current and / or limiting a voltage applied from the battery via the high-voltage terminals of the battery to the high-voltage network voltage and corresponding method - Google Patents
Battery system with a battery for supplying a high-voltage network and at least one switching unit for limiting a current flowing through the battery and the high-voltage terminals of the battery fault current and / or limiting a voltage applied from the battery via the high-voltage terminals of the battery to the high-voltage network voltage and corresponding method Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (100) mit einer zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern (140, 141) eines Hochvoltnetzes (103) ausgebildeten Batterie (101), die an einem ihrer Hochvoltanschlüsse (130, 131) mit mindestens zwei Sicherungen (110, 111) verbunden ist. Dabei ist jeweils eine der mindestens zwei Sicherungen (110, 111) einem der mindestens zwei Verbraucher (140, 141) zugeordnet und mit dem zugeordneten Verbraucher (140, 141) verbindbar. Das Batteriesystem (100) umfasst mindestens eine Schalteinheit (155) mit zwei Schaltzuständen, die in einem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher (140, 141) an die Hochvoltanschlüsse (130, 131) der Batterie (101) angeschlossen sind, in einem ersten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem jede Sicherung (110, 111) beim Vorliegen eines über den zugeordneten Verbraucher (140, 141) fließenden Betriebsstroms von diesem durchflossen ist, geschaltet ist und dazu vorgesehen ist, beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen (110, 111) von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand der zwei Schaltzustände zu schalten, in dem die mindestens eine Schalteinheit einen über die Batterie (101), die Hochvoltanschlüsse (130, 131) der Batterie (101) und jeden Verbraucher (140, 141), dessen zugeordnete Sicherung (110, 111) nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie (101) über die Hochvoltanschlüsse (130, 131) der Batterie (101) und eine nicht ausgelöste Sicherung (110, 111) an das Hochvoltnetz (103) angelegte Fehlerspannung abschaltet.The present invention relates to a battery system (100) having a battery (101) designed to supply at least two loads (140, 141) of a high-voltage network (103) connected in parallel to one another at one of its high-voltage terminals (130, 131) with at least two fuses (110, 111) is connected. In this case, one of the at least two fuses (110, 111) is assigned to one of the at least two consumers (140, 141) and can be connected to the assigned consumer (140, 141). The battery system (100) comprises at least one switching unit (155) with two switching states, which in a state in which the at least two consumers (140, 141) are connected to the high-voltage terminals (130, 131) of the battery (101) in one The first switching state of the two switching states, in which each fuse (110, 111) is flowed through in the presence of an operating current flowing through the associated load (140, 141), is connected and provided for triggering one of the at least two fuses (110 , 111) from the first switching state to a second switching state of the two switching states in which the at least one switching unit transmits one via the battery (101), the high-voltage terminals (130, 131) of the battery (101) and each consumer (140, 141 ) whose associated fuse (110, 111) has not tripped interrupts fault current and / or each of the battery (101) via the high voltage terminals (130, 131) of the Battery (101) and a non-triggered fuse (110, 111) to the high-voltage network (103) applied fault voltage off.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie. Auch betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Begrenzen eines über eine zum Versorgen von mindestens zwei untereinander parallel geschalteten Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie und über die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Fehlerstromes und/oder zum Begrenzen einer von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie an das Hochvoltnetz angelegten Spannung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem wie vorhin genannten Batteriesystem.The present invention relates to a battery system with a battery designed to supply at least two loads connected in parallel to one another of a high-voltage network. The invention also relates to a corresponding method for limiting a battery designed to supply at least two loads connected in parallel to one another of a high-voltage network and fault current flowing through the high-voltage terminals of the battery and / or for limiting one of the battery via the high-voltage terminals of the battery to the high-voltage network applied voltage. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a battery system as mentioned above.
Stand der TechnikState of the art
In Fahrzeugen (PKWs) werden Batteriesysteme mit Batterien eingesetzt, die jeweils ein Hochvoltnetz mit einer hohen Spannung (Hochvoltspannung) versorgen können. Deswegen werden die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule solcher Batterien meistens in Reihe geschaltet. Solche Batterien müssen dann auch bei hohen Leistungen nur geringe Ströme liefern. Die Batterien werden dabei über Hochvoltleitungen mit ihren Hochvoltanschlüssen, das heißt, den Anschlüssen, über die die Batterie die Hochvoltspannung an das Hochvoltnetz abgibt, verbunden. Üblicherweise werden in den Hochvoltleitungen sowohl an dem positiven als auch an dem negativen Hochvoltanschluss der Batterie Schütze eingesetzt. Mittels der Schütze kann eine solche Batterie beim Parken oder in einem fehlerhaften Funktionszustand (Fehlerfahl) vom Hochvoltnetz beziehungsweise von dem restlichen Hochvoltsystem des Fahrzeuges getrennt werden. In vehicles (cars) battery systems are used with batteries, each of which can supply a high-voltage network with a high voltage (high voltage). Because of this, the battery cells or battery modules of such batteries are usually connected in series. Such batteries must then deliver even at high power only low currents. The batteries are connected via high-voltage cables with their high-voltage connections, that is, the terminals, via which the battery delivers the high-voltage to the high-voltage network. Normally, contactors are used in the high-voltage lines both at the positive and at the negative high-voltage connection of the battery. By means of the contactors, such a battery can be disconnected from the high-voltage network or from the remaining high-voltage system of the vehicle when parking or in a faulty functional state (faulty fault).
Ein solches in den Hochvoltleitungen einer Batterie einsetzbares Schütz
In der
Wenn ein Steuerstrom durch die Steuerspule
Zum Erzeugen des Steuerstromes muss die Steuerspule
Das Öffnen und Schließen solcher Schütze
Solche Schütze
Solche in den Hochvoltleitungen einer Batterie eingesetzten Schütze können in einem fehlerhaften Funktionszustand Ströme von etwa 1 kA bis 2 kA trennen. Für höhere Ströme werden üblicherweise Sicherungen (Schmelzsicherungen) eingesetzt. Such contactors used in the high-voltage lines of a battery can separate currents of about 1 kA to 2 kA in a faulty functional state. For higher currents usually fuses (fuses) are used.
So wie es in der
Wenn die Schütze
Die Zeit, in der ein solches Schütz
Der positive Hochvoltanschluss
Diese oben genannte Architektur findet Ihren Einsatz in Batteriesystemen
Es gibt jedoch noch leistungsfähige Batteriesysteme, die Kurzschlussstrome von beispielsweise über 12000 A erzeugen können. Bei solchen Batteriesystemen existiert aber auch immer die Gefahr, dass Levitationen und damit auch Schützkleber in den Schützen auftreten. Wenn solche sehr leistungsfähige Batteriesysteme die in der
Ferner ist aus dem Dokument
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie bereitgestellt. Die Batterie ist an einem ihrer Hochvoltanschlüsse mit mindestens zwei Sicherungen verbunden oder verbindbar. Dabei ist jeweils eine der mindesten zwei Sicherungen einem der mindestens zwei Verbraucher zugeordnet und mit dem zugeordneten Verbraucher verbunden oder verbindbar. Ferner umfasst das Batteriesystem mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen, die in einem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in einem ersten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem jede Sicherung beim Vorliegen eines über den zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstrom von diesem durchflossen ist, geschaltet ist. Die mindestens eine Schalteinheit ist dazu vorgesehen, beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem die mindestens eine Schalteinheit einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet, zu schalten.According to the invention, a battery system is provided with a battery designed to supply at least two loads connected in parallel to one another of a high-voltage network. The battery can be connected or connected to one of its high-voltage connections with at least two fuses. In each case, one of the at least two fuses is assigned to one of the at least two consumers and connected or connectable to the associated consumer. Furthermore, the battery system comprises at least one switching unit with two switching states, which in a state in which the at least two consumers are connected to the high-voltage terminals of the battery, in a first switching state of the two switching states in which each fuse in the presence of a flowing over the associated consumer Operating current is flowing through this, is connected. The at least one switching unit is provided, when triggering one of the at least two fuses from the first switching state to a second switching state of the two switching states in which the at least one switching unit via the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer whose associated fuse not has triggered, disconnects flowing fault current and / or switches off any switched from the battery via the high-voltage terminals of the battery and a non-tripped fuse to the high-voltage network fault voltage.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Begrenzen eines über eine zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie und über die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Fehlerstromes und/oder zum Begrenzen einer von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie an das Hochvoltnetz angelegten Fehlerspannung bereitgestellt. Die Batterie ist an einem ihrer Hochvoltanschlüsse mit mindestens zwei Sicherungen verbunden. Dabei ist jeweils eine der mindestens zwei Sicherungen einem der mindestens zwei Verbraucher zugeordnet und mit dem zugeordneten Verbraucher verbunden. Bei dem Verfahren wird mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen verwendet. Die mindestens eine Schalteinheit ist in einem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in einem ersten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem jede Sicherung von einem über den zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstrom durchflossen ist, geschaltet. Ferner wird die mindestens eine Schalteinheit beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem die mindestens eine Schalteinheit einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet, geschaltet.The invention further provides a method for limiting a battery formed via a load for a high-voltage network connected in parallel to supply at least two parallel and fault current flowing through the high-voltage terminals of the battery and / or limiting an error voltage applied to the high-voltage network by the battery via the high-voltage terminals of the battery provided. The battery is connected to one of its high-voltage connections with at least two fuses. In each case one of the at least two fuses is assigned to one of the at least two consumers and connected to the assigned consumer. In the method, at least one switching unit with two switching states is used. In a state in which the at least two consumers are connected to the high-voltage terminals of the battery, the at least one switching unit is connected in a first switching state of the two switching states, in which each fuse flows through an operating current flowing via the associated consumer. Furthermore, when one of the at least two fuses is triggered, the at least one switching unit changes from the first switching state to a second switching state of the two switching states in which the at least one switching unit has not triggered one via the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer whose associated fuse , interrupts flowing fault current and / or switches off any fault voltage applied by the battery via the high-voltage connections of the battery and a non-tripped fuse to the high-voltage network.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, den Fehlerstrom durch das Öffnen eines über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst ist, verlaufenden Stromkreises direkt zu unterbrechen.Preferably, the at least one switching unit is provided to interrupt the fault current directly by opening a circuit running across the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer whose fuse is not tripped.
Bei der Erfindung können mindestens zwei parallel geschaltete Verbraucher eines Hochvoltnetzes an die Hochvoltanschlüsse der Batterie des erfindungsgemäßen Batteriesystems angeschlossen werden. Dabei ist jeder der mindestens zwei Verbraucher in Reihe mit einer zugeordneten der mindestens zwei Sicherung verbunden oder verbindbar, sodass während eines Normalbetriebes des erfindungsgemäßen Batteriesystems, während dem die mindestens zwei parallel geschalteten Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse angeschlossen sind, jede der mindestens zwei Sicherungen beim Vorliegen eines durch den jeweils zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstroms von diesem Betriebsstrom auch durchflossen wird. Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen, die während des Normalbetriebes des erfindungsgemäßen Batteriesystems in einem ersten Schaltzustand geschaltet ist. Dabei ist die mindestens eine Schalteinheit derartig ausgebildet und angeordnet, dass wenn diese in dem ersten Schaltzustand geschaltet ist, der während des Normalbetriebes der Batteriesystems vorkommende Betriebsstrom weiterhin über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über die mindestens zwei angeschlossenen Verbraucher oder über die eingeschalteten der mindestens zwei Verbraucher ungestört fließen kann. Ferner ist die mindestens eine Schalteinheit derartig ausgebildet und angeordnet, dass wenn in einem der mindestens zwei Verbraucher einen Kurzschluss auftritt, infolge dem die diesem Verbraucher zugeordnete Sicherung auslöst, die Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand schaltet und einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet.In the invention, at least two consumers connected in parallel of a high-voltage network can be connected to the high-voltage terminals of the battery of the battery system according to the invention. In this case, each of the at least two consumers is connected or connectable in series with an associated one of the at least two fuses, so that during normal operation of the battery system according to the invention, during which the at least two parallel connected consumers are connected to the high-voltage terminals, each of the at least two fuses in the presence of a flows through the respective associated load flowing operating current from this operating current. The battery system according to the invention comprises at least one switching unit with two switching states, which is connected during normal operation of the battery system according to the invention in a first switching state. In this case, the at least one switching unit is designed and arranged such that when it is switched in the first switching state, occurring during normal operation of the battery system operating current continues via the battery, the high-voltage terminals of the battery and the at least two connected consumers or over the switched on at least two consumers can flow undisturbed. Further, the at least one switching unit is designed and arranged such that when in one of the at least two consumers a short circuit occurs, as a result of which this consumer associated fuse triggers, the switching unit switches to the second switching state and via the battery, the high-voltage terminals of the battery and disconnects any load whose associated fuse has failed to break current leakage current and / or turns off any fault voltage applied to the high voltage network by the battery via the high voltage terminals of the battery and a non-tripped fuse.
Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem ist die Batterie mit einem ihrer Hochvoltanschlüsse bevorzugt über mindestens ein Schütz verbindbar, das in seinem leitenden Schaltzustand von einem über die Batterie und die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Strom durchflossen ist und das in seinem nicht leitenden Schaltzustand diesen über die Batterie und die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Strom unterbricht. Wenn infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses das mindestens eine Schütz verschweißt und nicht mehr öffnen kann, so kann über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, der zuvor genannte Fehlerstrom fließen. Ist beispielsweise mindestens ein Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, ausgeschaltet oder infolge eines Unfalls zerstört, so fließt durch diesen Verbraucher kein Fehlerstrom. Von der Batterie wird aber über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jede nicht ausgelöste Sicherung, die einem ausgeschalteten oder zerstörten Verbraucher zugeordnet ist, an das Hochvoltnetz eine Fehlerspannung angelegt. Folglich kann jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, nicht mehr spannungsfrei geschaltet werden und es besteht die Gefahr des Auftretens eines elektrischen Schlags beim der Berühren von an jedem nicht spannungsfrei geschalteten Verbraucher offen liegenden Teilen. Mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit wird der zuvor genannte Fehlerstrom unterbrochen und/oder jede an dem Hochvoltnetz anliegende Fehlerspannung abgeschaltet. Dadurch, dass der Fehlerstrom unterbrochen wird und/oder jede an das Hochvoltnetz anliegende Fehlerspannung abgeschaltet wird, wird auch jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, spannungsfrei geschaltet. In the battery system according to the invention, the battery with one of its high-voltage terminals is preferably connected via at least one contactor, which is flowing in its conducting state of a flowing through the battery and the high-voltage terminals of the battery current and in its non-conductive switching state this via the battery and the High voltage terminals interrupt the battery's flowing current. If, as a result of a short circuit occurring in one of the at least two consumers, the at least one contactor can weld and not open, then the previously mentioned fault current can flow via the battery, the high-voltage connections of the battery and each consumer whose associated fuse has not triggered. If, for example, at least one consumer whose associated fuse has not triggered is switched off or destroyed as a result of an accident, then no leakage current flows through this consumer. From the battery, however, an error voltage is applied to the high-voltage network via the high-voltage terminals of the battery and any unreleased fuse, which is assigned to a switched off or destroyed consumer. Consequently, any consumer whose fuse has not triggered, no longer be disconnected from power and there is a risk of the occurrence of an electric shock when touching exposed at each non-voltage consumers connected parts. By means of the at least one switching unit connected in the second switching state, the aforementioned fault current is interrupted and / or any fault voltage applied to the high-voltage network is switched off. As a result of the fault current being interrupted and / or any fault voltage applied to the high-voltage network being switched off, any consumer whose fuse has not tripped will also be de-energized.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, durch das Öffnen eines über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst ist, verlaufenden Stromkreises den über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom direkt zu unterbrechen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung direkt abzuschalten. Preferably, the at least one switching unit is provided by opening a via the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer whose fuse is not triggered, running circuit on the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer, its associated fuse not has triggered directly interrupting flowing fault current and / or directly switching off any fault voltage applied by the battery via the high-voltage terminals of the battery and an undeleted fuse to the high-voltage network.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Batteriesystem eine einzelne Schalteinheit, die als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet ist, und eine Steuerschaltung auf. Dabei ist das pyrotechnische Trennelement in dem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem leitfähigen Schaltzustand, in dem das Trennelement beim Vorliegen eines über die Batterie und die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Betriebsstroms von diesem durchflossen ist, geschaltet. Ferner ist das Trennelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen eines von der Steuerschaltung bereitgestellten Steuersignals oder einer von dieser bereitgestellten Steuerspannung von seinem leitenden Schaltzustand in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung dazu vorgesehen, die an jeder der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Spannungen zu ermitteln und beim Vorliegen einer ermittelten Spannung, die mit der beim Auslösen der entsprechenden Sicherung auftretenden Auslösespannung gleich ist, das Steuersignal zu erzeugen und dem Trennelement bereitzustellen oder beim Vorliegen einer an einer der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Auslösespannung dem Trennelement einen entsprechenden Teil der Auslösespannung als Steuerspannung bereitzustellen.In a particularly preferred embodiment of the invention, the battery system according to the invention comprises a single switching unit, which is designed as a pyrotechnic separating element, and a control circuit. In this case, the pyrotechnic separating element in the state in which the at least two consumers are connected to the high-voltage terminals of the battery, in its conductive switching state in which the separating element is flowed through in the presence of an operating current flowing through the battery and the high-voltage terminals of the battery, connected. Furthermore, the separating element is provided to switch from its conductive switching state to its non-conductive switching state in the presence of a control signal provided by the control circuit or a control voltage provided by the latter. Furthermore, the control circuit is provided to determine the voltage dropping across each of the at least two fuses and to generate the control signal and to provide the separating element in the presence of a detected voltage that is equal to the tripping voltage occurring when the corresponding fuse is triggered, or in the presence of a at a release voltage dropping at least two fuses, to provide the separator with a corresponding portion of the trip voltage as the control voltage.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsabfall über jeder durchgebrannten Sicherung (Schmelzsicherung) mittels der Steuerschaltung in einer sehr einfachen Weise als Auslöser für das pyrotechnische Trennelement genutzt.In this embodiment of the invention, the voltage drop across each blown fuse (fuse) is utilized by the control circuit in a very simple manner as a trigger for the pyrotechnic separator.
Bevorzugt entspricht die Steuerspannung einer an einer jeden der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Auslösespannung. Dabei ist die Steuerschaltung dazu vorgesehen, beim Vorliegen einer an einer der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Auslösespannung dem Trennelement diese Auslösespannung als Steuerspannung direkt bereitzustellen.The control voltage preferably corresponds to a tripping voltage dropping across each of the at least two fuses. In this case, the control circuit is provided, in the presence of a dropping at one of the at least two fuses tripping the separation element to provide this tripping voltage as a control voltage directly.
Weiter bevorzugt ist die Steuerschaltung als anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder als programmierbare integrierte Schaltung oder als Mikrocontroller oder als Halbleiterschaltung, die vorzugsweise einen Transistor oder einen Schmitt-Trigger umfasst, ausgebildet.More preferably, the control circuit is designed as an application-specific integrated circuit or as a programmable integrated circuit or as a microcontroller or as a semiconductor circuit, which preferably comprises a transistor or a Schmitt trigger.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an die Hochvoltanschlüsse der Batterie zwei parallel geschalteten Verbraucher anschließbar und das erfindungsgemäße Batteriesystem weist zwei Schalteinheiten auf, die jeweils als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet sind. Dabei ist jeweils ein Trennelement der zwei Trennelemente einem Verbraucher der zwei Verbraucher zugeordnet. Ferner ist jedes Trennelement in dem Zustand, in dem zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem leitenden Schaltzustand, in dem das entsprechende Trennelement beim Vorliegen eines durch den zugeordneten Verbraucher der zwei Verbraucher fließenden Betriebsstrom von diesem durchflossen ist, geschaltet. Auch ist jedes Trennelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen einer an der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung abfallenden und beim Auslösen dieser Sicherung auftretenden Auslösespannung in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten.In a further embodiment of the invention are connected to the high-voltage terminals of Battery two consumers connected in parallel can be connected and the battery system according to the invention has two switching units, which are each designed as a pyrotechnic separating element. In each case, a separating element of the two separating elements is assigned to a consumer of the two consumers. Furthermore, in the state in which two consumers are connected to the high-voltage terminals of the battery, each separating element is connected in its conducting switching state in which the corresponding separating element flows through in the presence of an operating current flowing through the associated consumer of the two consumers. Also, each separator is intended to switch in its non-conductive switching state in the presence of a falling at the non-associated consumer associated fuse and occurring when triggering this fuse tripping.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes Trennelement zwei Ansteuerleitungen auf, deren Anschlüsse mit den Anschlüssen der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung verbunden sind. Dabei ist jedes Trennelement dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer zwischen den Anschlüssen seiner Ansteuerleitungen anliegenden Spannung, die gleich mit der Auslösespannung der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung ist, von seinem leitenden Schaltzustand in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten.In a very advantageous embodiment of the invention, each separating element on two control lines whose connections are connected to the terminals of the unassigned consumer associated with him fuse. In this case, each separating element is designed to switch from its conductive switching state in its non-conductive switching state in the presence of a voltage present between the terminals of its drive lines, which is equal to the trigger voltage of the associated unassigned consumer fuse.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird jedes pyrotechnisches Trennelemente passiv aktiviert, indem der Spannungsabfall über eine durchgebrannte Sicherung in einer sehr einfachen Weise direkt über die Ansteuerleitungen dem entsprechenden Trennelement bereitgestellt wird.In this embodiment of the invention, each pyrotechnic separator is passively activated by providing the voltage drop across a blown fuse in a very simple manner directly to the corresponding separator via the drive lines.
Vorzugsweise ist in einer der zwei Ansteuerleitungen jedes pyrotechnischen Trennelementes ein Widerstand und/oder eine weitere Sicherung angeordnet. Dadurch kann ein großer durch die entsprechenden Ansteuerleitungen fließender Strom in einer sehr einfachen Weise durch den Widerstand begrenzt oder durch die weitere Sicherung (Schmelzsicherung) unterbrochen werden.Preferably, a resistor and / or a further fuse is arranged in one of the two control lines of each pyrotechnic separating element. As a result, a large current flowing through the corresponding drive lines can be limited in a very simple manner by the resistor or interrupted by the further fuse (fuse).
Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, durch Auslösen jeder nicht ausgelösten Sicherung den über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom zu unterbrechen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abzuschalten.Preferably, the at least one switching unit is provided for interrupting the fault current flowing through the battery, the high-voltage terminals of the battery and each consumer whose associated fuse has not triggered by triggering each undelivered fuse and / or discharging each of the battery via the high-voltage terminals Switch off the battery and a non-tripped fuse to the fault voltage applied to the high-voltage network.
Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Schalteinheit als mindestens ein Schließelement, insbesondere als mindestens ein pyrotechnisches Schließelement oder als mindestens ein Schütz, ausgebildet. Ferner ist das mindestens eine Schließelement in dem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem nicht leitenden Schaltzustand, in dem durch das mindestens eine Schließelement kein Strom fließt, geschaltet. Weiterhin ist das mindestens eine Schließelement dazu vorgesehen, beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen in seinen leitenden Schaltzustand, in dem zum Auslösen jeder nicht ausgelösten Sicherung der von der Batterie erzeugte Fehlerstrom über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über einen über den Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung ausgelöst hat, das mindestens eine Schließelement und jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad fließt, zu schalten.In a very preferred embodiment of the invention, the at least one switching unit is designed as at least one closing element, in particular as at least one pyrotechnic closing element or as at least one contactor. Furthermore, in the state in which the at least two consumers are connected to the high-voltage terminals of the battery, the at least one closing element is connected in its non-conductive switching state in which no current flows through the at least one closing element. Furthermore, the at least one closing element is provided, when triggering one of the at least two fuses in its conductive switching state in which to trigger any untriggered fuse generated by the battery leakage current through the high-voltage terminals of the battery and via the consumer, its associated fuse has triggered that at least one closing element and each undelivered fuse flowing current path flows.
Dieser Fehlerstrom tritt beispielsweise dann auf, wenn die Batterie mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüsse bevorzugt über ein Schütz verbunden ist, das infolge des genannten Kurzschlusses verschweißt und nicht mehr öffnen kann.This fault current occurs, for example, when the battery is preferably connected to at least one of its high-voltage terminals via a contactor, which welded as a result of said short circuit and can not open.
Beim Vorliegen der infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses auslösten Sicherung wird mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit ein solcher Fehlerstrom von dem über jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, verlaufenden Strompfad auf den über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, und über jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad umgeleitet. Dabei wird ein solcher Fehlerstrom umgeleitet, indem mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, durch den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, kurzgeschlossen wird. Ist beispielsweise mindestens ein Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, ausgeschaltet oder infolge eines Unfalls zerstört, so wird auch dieser mindestens eine Verbraucher mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit durch den von dem Kurzschluss betroffenen Verbraucher kurzgeschlossen. In diesem Fall wird dann ein Fehlerstrom von dem über jeden funktionsfähigen, eingeschalteten Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, verlaufenden Strompfad auf den über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, und über jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad umgeleitet. Auf jeden Fall fließt beim Vorliegen einer infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses ausgelösten Sicherung ein von der Batterie erzeugter Fehlerstrom über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über einen über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, die mindestens eine in dem zweiten Schaltzustand geschaltete Schalteinheit und jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad. In the presence of the fuse caused as a result of a short circuit occurring in one of the at least two consumers, such a fault current is conducted from the current path passing through each consumer, whose fuse has not tripped, to the current via the consumer, via the at least one switching unit connected in the second switching state Fuse, and redirected across each undelivered fuse. In this case, such a fault current is redirected by each consumer, whose fuse has not triggered by the consumer whose fuse has triggered is short-circuited by means of at least one switched in the second switching state switching unit. If, for example, at least one consumer whose associated fuse has not triggered is switched off or destroyed as a result of an accident, then this at least one consumer is also short-circuited by the at least one switching unit connected in the second switching state by the consumer affected by the short circuit. In this case, a fault current is then diverted from the current path that runs across each operative, switched-on consumer, whose fuse has not triggered, to the current path that runs across the load whose fuse has tripped, and via any untripped fuse. In any case, a fault current generated by the battery flows in the presence of a fuse triggered as a result of a short circuit occurring in one of the at least two consumers via the high-voltage terminals of the battery and one via the consumer whose fuse has triggered, the at least one switched in the second switching state switching unit and each untripped fuse extending current path.
Infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses reduziert sich der Widerstand dieses von dem Kurzschluss betroffenen Verbrauchers erheblich. Dadurch, dass die anderen von dem Kurzschluss nicht betroffenen Verbraucher jeweils durch den von dem Kurzschluss betroffene Verbraucher kurzgeschlossen werden, fließt über den betroffenen Verbraucher und die nicht ausgelösten Sicherungen ein Fehlerstrom mit einem infolge des erheblich reduzierten Widerstandes des betroffenen Verbrauchers auch erheblich erhöhten Stromwert, der nach einer Zeit zum Auslösen jeder der nicht ausgelösten Sicherungen führt. Somit wird auch in diesem Fall der Fehlerstrom unterbrochen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung, insbesondere jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung, die einem ausgeschalteten oder zerstörten Verbraucher zugeordnet ist, an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung, abgeschaltet und dadurch auch jeder Verbraucher, dessen Sicherung infolge des genannten Kurzschlusses noch nicht ausgelöst hat, spannungsfrei geschaltet.As a result of a short circuit occurring in one of the at least two consumers, the resistance of this consumer affected by the short circuit is reduced considerably. As a result of the fact that the other consumers not affected by the short circuit are short-circuited by the consumer affected by the short circuit, a residual current flows through the affected consumer and the untripped fuses, with a significantly increased current value as a result of the considerably reduced resistance of the consumer concerned after a time to trigger each of the unreleased fuses. Thus, even in this case the fault current is interrupted and / or each of the battery via the high-voltage terminals of the battery and a non-triggered fuse to the high-voltage network applied error voltage, in particular each of the battery via the high-voltage terminals of the battery and a non-triggered fuse, the one switched off or destroyed consumer is assigned to the high-voltage network applied fault voltage, and thus disconnected any consumer whose fuse has not yet triggered due to said short circuit, switched off.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Schließelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen mindestens eines von einem in dem Batteriesystem angeordneten Batteriesteuergerät bereitgestellten Steuersignals von seinem nicht leitenden Schaltzustand in seinen leitenden Schaltzustand zu schalten. Ferner ist das Batteriesteuergerät dazu vorgesehen, das Vorliegen einer ausgelösten Sicherung bevorzugt anhand einer Auswertung der an den mindestens zwei Sicherungen jeweils abfallenden Spannungen zu detektieren und beim Vorliegen einer ausgelösten Sicherung das mindestens eine Steuersignal zu erzeugen und dem mindestens einen Schließelement bereitzustellen.Preferably, the at least one closing element is provided to switch from its non-conductive switching state into its conductive switching state when at least one control signal provided by a battery control device arranged in the battery system is present. Furthermore, the battery control device is provided to detect the presence of a triggered fuse preferably based on an evaluation of the voltage dropping at each of the two fuses voltages and the presence of a tripped fuse to generate the at least one control signal and provide the at least one closing element.
Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die funktionellen Merkmale des erfindungsgemäßen Batteriesystems einzeln oder in Kombination.The method according to the invention preferably comprises the functional features of the battery system according to the invention individually or in combination.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem.Another aspect of the invention relates to a vehicle with a battery system according to the invention.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das eine Batterie umfasst, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüsse über ein Schütz verbindbar ist und an deren Hochvoltanschlüsse mehrere parallel geschaltete Verbraucher eines Hochvoltnetzes anschließbar sind, die jeweils über eine zugeordnete Sicherung abgesichert sind, beim Vorliegen eines Kurzschlusses, infolge dem ein Schützkleber des mindestens einen Schützes auftritt, der über die Batterie und ihre Hochvoltanschlüsse verlaufende Hauptstromkreis in einer sehr einfachen Weise durch den Einsatz der mindestens einen erfindungsgemäßen Schalteinheit von dem Hochvoltnetz getrennt werden kann. Dadurch wird die Sicherheit eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (Batteriepacks) erhöht und dessen volle Funktionalität sichergestellt.A significant advantage of the invention is that in a battery system according to the invention comprising a battery which is connectable to at least one of its high-voltage terminals via a contactor and at the high-voltage terminals several parallel connected consumers of a high-voltage network can be connected, each secured via an associated fuse are, in the presence of a short circuit, as a result of which a contact adhesive of at least one contactor occurs, which can be separated from the high-voltage network through the battery and its high-voltage terminals running main circuit in a very simple manner by the use of at least one switching unit according to the invention. This increases the safety of a battery system according to the invention (battery pack) and ensures its full functionality.
Ein Unfallfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem kann folglich von Rettungskräften gefahrlos berührt werden.An accident vehicle with a battery system according to the invention can therefore be safely touched by rescue workers.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Für gleiche Komponente werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. In den Zeichnungen sind:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For the same component, the same reference numerals are used. In the drawings are:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der positive Hochvoltanschluss
Ein Kurzschluss in einem der Verbraucherpfade
In einem solchen erfindungsgemäßen Batteriesystem können Kurzschlussstrome von beispielsweise über 12000 A auftreten. Beim Vorliegen eines solchen hohen Kurzschlussstromes existiert aber auch immer die Gefahr, dass Levitationen und damit auch Schützkleber in den Schützen
Bei dem Batteriesystem
Brennt nun eine der Sicherungen
Die Steuerschaltung
Dieser sich an der Sicherung
Alternativ ist die Steuerschaltung
Vorzugsweise kann die Steuerschaltung
Optional ist die Steuerschaltung
Jedes pyrotechnische Trennelement (Pyroswitch)
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird jedes pyrotechnische Trennelement
Wenn beispielsweise in dem Verbraucher
Wenn beispielsweise in dem Verbraucher
Bei dem Batteriesystem
Bevorzugt wird zur Begrenzung des über die Ansteuerleitungen
Weiter bevorzugt wird zur Begrenzung des über des über die Ansteuerleitungen
Solche pyrotechnische Trennelemente werden in dem Niedervoltnetz (
Wird das erfindungsgemäße Batteriesystem
Weiter bevorzugt wird das Schließelement
Die Schütze
Bevorzugt wird durch ein Batteriesteuergerät (nicht separat dargestellt) des Batteriesystems
Schließelemente können grundsätzlich als normale Schalter ausgelegt sein. Dadurch, dass handelsübliche Schalter derartige Kurzschlussströme bis zu 10 kA nicht zuschalten können, bieten sich für das erfindungsgemäße Schließelement (Schließeinheit)
In der
In den
In der
In der
In der
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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