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Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie für ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2012 208 680 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Öffnen oder Schließen einer elektrisch bzw. elektronisch ansteuerbaren Schalteinrichtung eines Fahrzeugs bekannt. In diesem Verfahren zum Öffnen oder Schließen einer einen Hochvoltspeicher mit einem Hochvoltnetz eines Fahrzeugs verbindenden, elektrisch oder elektronisch ansteuerbaren Schalteinrichtung zur Durchführung von Servicearbeiten am Fahrzeug wird ein den Schaltzustand der Schalteinrichtung bestimmender Schalteingang der Schalteinrichtung über eine Nahfeldkommunikationseinrichtung ab- oder zugeschaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Batterie für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Batterie für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine elektrische Batterie, insbesondere Hochvoltbatterie, für ein Fahrzeug umfasst einen elektrochemischen Energiespeicher und mindestens einen Schaltschütz oder mehrere Schaltschütze zum Schalten einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher und einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs, wobei der Schaltschütz oder die Schaltschütze über mindestens eine Ansteuerleitung oder mehrere Ansteuerleitungen mit einem Steuergerät verbunden sind. Erfindungsgemäß ist eine manuell betätigbare Unterbrechereinheit zum Unterbrechen und/oder Freischalten der mindestens einen Ansteuerleitung oder der mehreren Ansteuerleitungen zwischen dem Steuergerät und dem mindestens einen Schaltschütz oder den mehreren Schaltschützen oder zum Unterbrechen oder Freischalten mindestens einer Energieversorgungsleitung oder mehrerer Energieversorgungsleitungen zwischen einer batterieinternen Spannungsversorgung und dem Steuergerät vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht insbesondere eine sichere Unterbrechung der einen oder mehreren Ansteuerleitungen des Schaltschützes oder der Schaltschütze bei einer Batterie, insbesondere bei einer Hochvoltbatterie, bei welcher das Steuergerät zur Steuerung des Schaltschützes oder der Schaltschütze vom elektrochemischen Energiespeicher der Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Des Weiteren können durch die erfindungsgemäße Lösung Handlungsanweisungen beispielsweise an Werkstätten und Rettungskräfte zur Spannungsfreischaltung des Fahrzeugs, insbesondere zur Spannungsfreischaltung eines elektrischen Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs, d. h. zum Abkoppeln des elektrischen Hochvoltbordnetzes vom elektrochemischen Energiespeicher der Batterie, vereinfacht werden.
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Zudem wird ein Entwicklungsaufwand für eine Hardwareentwicklung und Softwareentwicklung reduziert, da für derartige Fälle kein softwaregestütztes Schalten der Schaltschütze erforderlich ist, sondern die Schaltschütze mittels der manuell zu betätigenden Unterbrechereinheit durch Unterbrechen der Ansteuerleitungen zu öffnen sind. Alternativ wird mittels der Unterbrechereinheit eine Energieversorgung des Steuergeräts durch Unterbrechen oder Freischalten mindestens einer Energieversorgungsleitung oder mehrerer Energieversorgungsleitungen zwischen der batterieinternen Spannungsversorgung und dem Steuergerät unterbrochen, wodurch ebenfalls der Schaltschütz oder die Schaltschütze nicht mehr angesteuert werden können und somit geöffnet bleiben. Dadurch wird ebenfalls die Spannungsfreischaltung erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer an ein Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossenen elektrischen Batterie.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer an ein elektrisches Bordnetz 1, insbesondere an ein elektrisches Hochvoltbordnetz, eines Fahrzeugs angeschlossenen elektrischen Batterie 2. Die Batterie 2 ist insbesondere als eine Hochvoltbatterie ausgebildet. Derartige Hochvoltbatterien werden auch als Traktionsbatterien bezeichnet und dienen insbesondere einer elektrischen Energieversorgung zumindest eines elektrischen Antriebsmotors zum Antrieb eines beispielsweise als Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs. Des Weiteren ist bei derartigen Hochvoltbatterien zweckmäßigerweise vorgesehen, vom Fahrzeug rekuperierte Energie in der Hochvoltbatterie zu speichern.
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Das elektrische Bordnetz 1, insbesondere Hochvoltbordnetz, des Fahrzeug umfasst im dargestellten Beispiel eine zweckmäßigerweise als Kondensator ausgebildete Zwischenkreiskapazität 3, an welcher bei einer elektrischen Energieversorgung des elektrischen Bordnetzes 1 durch die Batterie 2 eine elektrische Linkspannung ULink anliegt.
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Die Batterie 2 ist über Steckereinheiten 4, so genannte Hochvoltstecker, mit dem elektrischen Bordnetz 1 verbunden. Sie umfasst ein Batteriegehäuse 5, in welchem ein elektrochemischer Energiespeicher 6 angeordnet ist, welcher im dargestellten Beispiel einen Zellblock mit einer Mehrzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter elektrochemischer Einzelzellen umfasst. In anderen Ausführungsbeispielen kann der elektrochemische Energiespeicher 6 auch mehrere solcher Zellblöcke umfassen, welche dann zweckmäßigerweise elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Der elektrochemische Energiespeicher 6 weist eine elektrische Spannung UPack auf, auch als Packspannung, Zellpackspannung oder Zellblockspannung bezeichnet.
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Im Batteriegehäuse 5 angeordnet sind des Weiteren zwei als Schaltschütze 7, 8 ausgebildete Schaltelemente. Der eine Schaltschütz 7 ist als ein so genannter Ausgangsschütz oder Hauptschütz ausgebildet, auch als Ausgangsschaltelement oder Hauptschaltelement bezeichnet. Der andere Schaltschütz 8 ist als ein so genannter Vorladeschütz ausgebildet, auch als Vorladeschaltelement bezeichnet. Die Schaltschütze 7, 8 sind im dargestellten Beispiel in einem mit einem elektrischen Pluspol des elektrischen Energiespeichers 6 verbundenen Pluspfad 9, insbesondere HV-Pluspfad, der Batterie 2 angeordnet, wobei sie zueinander elektrisch parallel geschaltet sind und wobei vor dem als Vorladeschütz ausgebildeten Schaltschütz 8 ein Vorladewiderstand 10 angeordnet ist. In anderen Ausführungsbeispielen können einer der beiden Schaltschütze 7, 8 oder beide Schaltschütze 7, 8 in einem mit einem elektrischen Minuspol des elektrischen Energiespeichers 6 verbundenen Minuspfad 11, insbesondere HV-Minuspfad, der Batterie 2 angeordnet sein.
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Im Batteriegehäuse 5 angeordnet ist zudem ein Steuergerät 12, welches im dargestellten Beispiel als ein Mikrocontroller ausgebildet ist. Dieses Steuergerät 12 dient einer Ansteuerung der Schaltschütze 7, 8, um diese zu öffnen oder zu schließen. Um dies zu ermöglichen, ist das Steuergerät 12 über Ansteuerleitungen 13 mit den Schaltschützen 7, 8 verbunden. Eine elektrische Energieversorgung des Steuergerätes 12 erfolgt über den elektrochemischen Energiespeicher 6 der Batterie 2. Hierfür ist das Steuergerät 12 über elektrische Energieversorgungsleitungen 14 mit dem elektrochemischen Energiespeicher 6 elektrisch gekoppelt.
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Insbesondere bei einer Ausbildung der Batterie 2 als Hochvoltbatterie und des elektrischen Bordnetzes 1 des Fahrzeugs als Hochvoltbordnetz können Arbeiten und Manipulationen an deren Hochspannungskomponenten lebensgefährlich sein. Weder Werkstattpersonal bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten noch Ersthelfer oder Feuerwehr bei einem Unfall des Fahrzeugs dürfen mit der hohen elektrischen Spannung der Batterie 2 und des elektrischen Bordnetzes 1 des Fahrzeugs in Berührung kommen. Es muss somit ein sicheres Öffnen der Schaltschütze 7, 8 und dadurch ein Trennen des elektrischen Energiespeichers 6 der Batterie 2 vom elektrischen Bordnetz 1 des Fahrzeugs ermöglicht werden, so dass das elektrische Bordnetz 1 spannungsfrei geschaltet werden kann.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Ansteuerleitungen 13 bei Hochvoltbatterien per Software zu verriegeln. Um eine sichere Funktion sicherzustellen, müssen Hardware und Software entsprechend entwickelt und getestet werden. Weiterhin ist eine Fehlfunktion möglich, wenn die Schaltschütze 7, 8 aufgrund einer Fehlbedienung angesteuert werden und der Ansteuerungselektronik, d. h. dem Steuergerät 12, kein Öffnungsgrund vorliegt. Diese Vorgehensweise wird insbesondere bei Batterien 2 eingesetzt, bei welchen die Schaltschütze 7, 8 bzw. deren Steuergerät 12 aus einer Niedervoltbatterie, beispielsweise aus einer 12 V-Batterie des Fahrzeugs, mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierbei kann ein Trennschalter zur Trennung der Schaltschütze 7, 8 bzw. des Steuergeräts 12 von der elektrischen Niedervoltenergieversorgung vorgesehen sein. Mittels eines solchen manuellen Trennschalters wird bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Hochvoltbatterien die 12 V-Energieversorgung des Steuergeräts 12, welche über eine so genannte externe „Klemme 30” erfolgt, getrennt. Ohne eine elektrische Spannung an dieser „Klemme 30” können bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Hochvoltbatterien die Schaltschütze 7, 8 nicht geschlossen werden.
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Bei der hier beschriebenen Lösung erfolgt die elektrische Energieversorgung des Steuergeräts 12 jedoch nicht über einen Anschluss an die „Klemme 30” und somit an eine externe Niedervoltbatterie, sondern das Steuergerät 12 wird, wie bereits beschrieben, vom elektrochemischen Energiespeicher 6 der Batterie 2 mit elektrischer Energie versorgt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise über einen batterieinternen Spannungswandler. D. h. die elektrische Energie für das Steuergerät 12 wird bei der hier beschriebenen Lösung direkt aus dem elektrochemischen Energiespeicher 6 der Batterie 2 entnommen und somit nicht extern durch eine 12 V-Batterie des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Daher ist bei der hier beschriebenen Lösung die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise der Unterbrechung der „Klemme 30” mit einem Trennschalter nicht möglich.
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Um dennoch eine einfach zu realisierende und sichere elektrische Trennung des elektrischen Energiespeichers 6 der Batterie 2 vom elektrischen Bordnetz 1 des Fahrzeugs durch Öffnen der Schaltschütze 7, 8 zu ermöglichen, ist bei der hier beschriebenen Lösung eine manuell betätigbare Unterbrechereinheit 15 zum Unterbrechen der Ansteuerleitungen 13 zwischen dem Steuergerät 12 und den Schaltschützen 7, 8 vorgesehen. Diese manuell betätigbare Unterbrechereinheit 15 wird auch als manueller Unterbrecher, manueller Trennschalter, Service Disconnect oder Service Disconnect Stecker bezeichnet. Die manuell betätigbare Unterbrechereinheit 15 ist zweckmäßigerweise in die Ansteuerleitungen 13 der Schaltschütze 7, 8 eingebracht, d. h. derart an den Ansteuerleitungen 13 der Schaltschütze 7, 8 angeordnet, dass diese Ansteuerleitungen 13 durch das manuelle Betätigen der Unterbrechereinheit 15, beispielsweise durch ein Ziehen, d. h. ein Entfernen, der als Service Disconnect Stecker ausgebildeten Unterbrechereinheit 15, aufgetrennt werden, d. h. elektrisch unterbrochen werden.
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Die manuell betätigbare Unterbrechereinheit 15 ermöglicht somit trotz weiterhin erfolgender elektrischer Energieversorgung des Steuergeräts 12 eine sichere Trennung des elektrochemischen Energiespeichers 6 der Batterie 2 vom elektrischen Bordnetz 1 des Fahrzeugs durch die geöffneten Schaltschütze 7, 8, denn durch die unterbrochenen Ansteuerleitungen 13 öffnen sich die Schaltschütze 7, 8 bzw. bleiben geöffnet und können nicht mehr geschlossen werden, da sie, solange die Unterbrechung der Ansteuerleitungen 13 besteht, nicht mehr durch das Steuergerät 12 angesteuert werden können. D. h. die Schaltschütze 7, 8 sind zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass sie sich ohne eine Ansteuerung durch das Steuergerät 12 automatisch öffnen und geöffnet bleiben.
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In einer weiteren Variante ist die manuell betätigbare Unterbrechereinheit 15 zwischen einem hier nicht näher dargestellten batterieinternen Spannungswandler und dem die Schaltschütze 7, 8 ansteuernden Steuergerät 12 angeordnet. Dadurch ist es möglich, durch die Unterbrechung des Versorgungspfades, d. h. einer oder mehrerer Energieversorgungsleitungen 14 zum Steuergerät 12, mit wenigen Kontakten das Einschalten mehrerer oder bevorzugt aller Schaltschütze 7, 8 innerhalb der Batterie 2 sicher zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bordnetz
- 2
- Batterie
- 3
- Zwischenkreiskapazität
- 4
- Steckereinheit
- 5
- Batteriegehäuse
- 6
- Energiespeicher
- 7, 8
- Schaltschütz
- 9
- Pluspfad
- 10
- Vorladewiderstand
- 11
- Minuspfad
- 12
- Steuergerät
- 13
- Ansteuerleitung
- 14
- Energieversorgungsleitung
- 15
- Unterbrechereinheit
- ULink
- Linkspannung
- UPack
- Spannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012208680 A1 [0002]
