DE102017003607A1 - High-voltage battery for a motor vehicle, and method for operating such a high-voltage battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Batteriegehäuse (12), mit einer Mehrzahl von in dem Batteriegehäuse (12) aufgenommenen Batteriezellen (18), und mit einer Spannungserfassungseinrichtung (20), mittels welcher jeweilige, von den jeweiligen Batteriezellen (18) bereitgestellte elektrische Spannungen erfassbar sind, umfassen:- eine Unfallerfassungseinrichtung (24), mittels welcher eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Hochvolt-Batterie (10) erfassbar ist;- wenigstens eine Relaiseinrichtung (26) zum Erzeugen eines Isolationsfehlers der Hochvolt-Batterie (10), indem über die Relaiseinrichtung (26) durch Schalten dieser zumindest eine elektrische Spannung der Hochvolt-Batterie (10) auf das Batteriegehäuse (10) schaltbar ist; und- wenigstens ein Zeitelement (30), mittels welchem eine vorgebbare Zeitspanne nach dem Erfassen der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein Schalten der Relaiseinrichtung (26) bewirkbar ist, um dadurch den Isolationsfehler zu erzeugen.The invention relates to a high-voltage battery (10) for a motor vehicle, comprising a battery housing (12), having a plurality of battery cells (18) accommodated in the battery housing (12), and voltage detection means (20) by means of which respective ones of The electrical voltages provided to the respective battery cells (18) can be detected, comprising: an accident detection device (24) by means of which an accident-induced application of force to the high-voltage battery (10) can be detected, - at least one relay device (26) for generating an insulation fault of the high-voltage Battery (10) by the at least one electrical voltage of the high-voltage battery (10) via the relay device (26) by switching this switchable to the battery case (10) is switchable; and - at least one time element (30), by means of which a predeterminable period of time after the detection of the accidental application of force switching of the relay device (26) is effected, thereby to generate the insulation fault.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvolt-Batterie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.The invention relates to a high-voltage battery for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1, and to a method for operating such a high-voltage battery according to the preamble of patent claim 4.
Derartige Hochvolt-Batterien für Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben von solchen Hochvolt-Batterien für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Eine solche Hochvolt-Batterie umfasst ein Batteriegehäuse sowie eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche in dem Batteriegehäuse aufgenommen sind und jeweilige elektrische Spannungen, insbesondere Betriebsspannungen, aufweisen beziehungsweise bereitstellen. Außerdem umfasst die Hochvolt-Batterie eine Spannungserfassungseinrichtung, mittels welcher die jeweiligen, von den jeweiligen Batteriezellen bereitgestellten elektrischen Spannungen erfassbar sind beziehungsweise erfasst werden.Such high-voltage batteries for motor vehicles and methods for operating such high-voltage batteries for motor vehicles, especially for motor vehicles such as passenger cars, are already well known from the general state of the art and in particular from the production of standard vehicles. Such a high-voltage battery comprises a battery housing and a plurality of battery cells which are accommodated in the battery housing and have or provide respective electrical voltages, in particular operating voltages. In addition, the high-voltage battery comprises a voltage detection device, by means of which the respective, provided by the respective battery cells electrical voltages can be detected or detected.
Außerdem offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvolt-Batterie sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisierbar ist.Object of the present invention is to develop a high-voltage battery and a method of the type mentioned in such a way that a particularly safe operation can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochvolt-Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a high-voltage battery having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 4. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Hochvolt-Batterie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann, ist erfindungsgemäß eine Unfallerfassungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Hochvolt-Batterie erfassbar ist. Des Weiteren ist erfindungsgemäß wenigstens eine Relaiseinrichtung zum Erzeugen eines Isolationsfehlers der Hochvolt-Batterie vorgesehen, indem über die Relaiseinrichtung durch Schalten der Relaiseinrichtung zumindest eine elektrische Spannung der Hochvolt-Batterie auf das Batteriegehäuse schaltbar, das heißt an das Batteriegehäuse anlegbar ist. Bei der zumindest einen elektrischen Spannung der Hochvolt-Batterie handelt es sich beispielsweise um eine der von den Batteriezellen bereitgestellten elektrischen Spannungen. Schließlich ist erfindungsgemäß wenigstens ein Zeitelement vorgesehen, mittels welchem eine vorgebbare Zeitspanne nach dem Erfassen der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein Schalten der Relaiseinrichtung bewirkbar ist, um dadurch den Isolationsfehler gezielt beziehungsweise gewünscht zu erzeugen. Mit anderen Worten, wird mittels der Unfallerfassungseinrichtung eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung und somit beispielsweise ein Unfall erkannt, so wartet das auch als Zeiteinheit bezeichnete Zeitelement die vorgebbare Zeitspanne, das heißt eine zu definierende Zeit, und bewirkt dann eine Schaltung der Relaiseinrichtung derart, dass über die beispielsweise wenigstens ein Relais umfassende Relaiseinrichtung die zumindest eine elektrische Spannung, welche auch als Batteriespannung bezeichnet wird, auf das Batteriegehäuse geschaltet wird. Bei der zumindest einen Spannung handelt es sich insbesondere um eine Hochvolt-Spannung, welche beispielsweise mehr als 60 Volt und insbesondere mehrere 100 Volt beträgt. Mittels der erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie kann somit gezielt beziehungsweise gewünscht ein Isolationsfehler erzeugt werden, wodurch sich ein besonders sicherer Betrieb realisieren lässt.In order to develop a high-voltage battery specified in the preamble of claim 1 species such that a particularly safe operation can be realized according to the invention an accident detection device is provided by means of which an accidental force application of the high-voltage battery can be detected. Furthermore, according to the invention at least one relay device for generating an insulation fault of the high-voltage battery is provided by the relay device by switching the relay device at least one electrical voltage of the high-voltage battery switchable to the battery case, that is to the battery housing can be applied. The at least one electrical voltage of the high-voltage battery is, for example, one of the electrical voltages provided by the battery cells. Finally, according to the invention, at least one time element is provided, by means of which a predefinable period of time after detection of the accidental application of force a switching of the relay device can be effected, in order to generate the isolation error targeted or desired. In other words, an accidental force application and thus, for example, an accident is detected by means of the accident detection device, so waiting time unit called time element waits the predetermined period of time, that is, a time to be defined, and then causes a circuit of the relay device such that over the example at least one relay comprehensive relay device, the at least one electrical voltage, which is also referred to as a battery voltage is switched to the battery case. The at least one voltage is, in particular, a high-voltage voltage which, for example, is more than 60 volts and in particular several 100 volts. By means of the high-voltage battery according to the invention, it is thus possible to intentionally or desired to generate an insulation fault, as a result of which particularly secure operation can be realized.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Kommt es beispielsweise bei einem insbesondere als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildeten und eine Hochvolt-Batterie umfassenden Kraftfahrzeug zu einem Unfall, so kann es geschehen, dass die Spannungserfassungseinrichtung, insbesondere wenigstens eine Leitung der Spannungserfassungseinrichtung, einen leitenden Kontakt zur Masse des Kraftfahrzeugs hat. Die Leitung wird auch als Messleitung oder Zellabgriff bezeichnet, da die Leitung beziehungsweise Messleitung genutzt wird, um die jeweilige, auch als Zellspannung bezeichnete und von der jeweiligen Batteriezelle bereitgestellte elektrische Spannung zu erfassen. Da mehrere Batteriezellen vorgesehen sind, umfasst die Spannungserfassungseinrichtung üblicherweise mehrere solcher Messleitungen. Eine leitfähige Verbindung der Spannungserfassungseinrichtung beziehungsweise der jeweiligen Leitung mit der Masse des Kraftfahrzeugs wird als Isolationsfehler bezeichnet und sollte vermieden werden. Bilden beispielsweise zwei der Messleitungen eine leitende Verbindung mit der Fahrzeugmasse über das Batteriegehäuse, wird üblicherweise wenigstens eine Sicherung der Spannungserfassungseinrichtung ausgelöst, wodurch die leitende Verbindung unterbrochen wird. In der Folge kann ein sicherer Zustand hergestellt werden. Üblicherweise kann jedoch ein einzelner Isolationsfehler nicht getrennt werden, da dann kein elektrischer Strom über die Sicherung fließt. Mit anderen Worten, kommt beispielsweise infolge eines Unfalls genau eine der Messleitungen in elektrischen Kontakt mit dem Batteriegehäuse, sodass die genau eine Leitung einen elektrischen Kontakt zur Masse des Kraftfahrzeugs hat, so fließt kein elektrischer Strom über die Sicherung, sodass die Sicherung nicht auslöst und die elektrische Verbindung der genau einen Leitung mit der Masse nicht unterbrochen wird.The invention is based in particular on the following finding: If, for example, a motor vehicle designed as an electric or hybrid vehicle and comprising a high-voltage battery causes an accident, it may happen that the voltage detection device, in particular at least one line of the voltage detection device, has a conductive Has contact with the mass of the motor vehicle. The line is also referred to as a measuring line or cell tap, since the line or measuring line is used to detect the respective, also referred to as cell voltage and provided by the respective battery cell electrical voltage. Since a plurality of battery cells are provided, the voltage detection device usually comprises a plurality of such measuring lines. A conductive connection of the voltage detection device or the respective line to the mass of the motor vehicle is referred to as an insulation fault and should be avoided. If, for example, two of the measuring lines form a conductive connection with the vehicle ground via the battery housing, then usually at least one fuse of the voltage detection device is triggered, as a result of which the conductive connection is interrupted. As a result, a safe state can be established. Usually, however, a single insulation fault can not be separated, because then no electrical current through the fuse flows. In other words, if, for example, as a result of an accident, exactly one of the test leads comes into electrical contact with the battery housing, so that exactly one wire has an electrical contact with the mass of the motor vehicle, then no electric current flows through the fuse, so that the fuse does not trip and the electrical connection of exactly one line with the ground is not interrupted.
Dies kann nun mittels der erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie auf besonders einfache Weise vermieden werden, da auf die beschriebene Weise ein Isolationsfehler gewünscht beziehungsweise gezielt erzeugt wird. Hat nun beispielsweise genau eine der Messleitungen einen elektrischen Kontakt zu dem Batteriegehäuse und somit zur Masse des Kraftfahrzeugs, so wird durch den gezielt herbeigeführten Isolationsfehler ein weiterer elektrischer Kontakt zu der Masse des Kraftfahrzeugs über das Batteriegehäuse bewirkt, sodass dann ein elektrischer Strom über die genannte Sicherung fließt. Dadurch wird die Sicherung ausgelöst und der jeweilige elektrische Kontakt wird unterbrochen. Dadurch kann ein besonders sicherer Zustand herbeigeführt werden. Mit anderen Worten können mittels der erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie jegliche Isolationsfehler sicher getrennt beziehungsweise unterbrochen werden.This can now be avoided in a particularly simple manner by means of the high-voltage battery according to the invention, since an insulation fault is desired or specifically generated in the manner described. If, for example, exactly one of the test leads has an electrical contact with the battery housing and thus with the mass of the motor vehicle, the electrical fault caused by the deliberately induced insulation fault causes further electrical contact with the mass of the motor vehicle via the battery housing, so that an electric current then flows through the said fuse flows. As a result, the fuse is triggered and the respective electrical contact is interrupted. As a result, a particularly safe state can be brought about. In other words, by means of the high-voltage battery according to the invention, any insulation faults can be reliably disconnected or interrupted.
Um dabei, insbesondere nach dem gezielten Herbeiführen des Isolationsfehlers, einen besonders sicheren Zustand zu realisieren, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Zeitelement dazu ausgebildet ist, eine weitere vorgebbare Zeitspanne nach dem Erzeugen des Isolationsfehlers ein weiteres Schalten der Relaiseinrichtung zu bewirken, um den zuvor erzeugten Isolationsfehler aufzuheben. Führt beispielsweise die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung nicht dazu, dass ein elektrischer Kontakt zwischen einer der Messleitungen und der Masse des Kraftfahrzeugs entsteht, und wird dann der Isolationsfehler gezielt hervorgerufen, so kann der danach gezielt hervorgerufene Isolationsfehler wieder aufgehoben werden, um einen besonders sicheren Zustand der Hochvolt-Batterie zu gewährleisten.In order to realize a particularly safe state, in particular after the specific cause of the insulation fault, it is provided in an advantageous embodiment of the invention that the time element is adapted to effect a further predetermined period of time after generating the insulation fault, a further switching of the relay device to cancel the previously generated isolation fault. If, for example, accidental application of force does not result in electrical contact between one of the test leads and the mass of the motor vehicle, and if the insulation fault is then deliberately induced, then the insulation fault which has been deliberately induced can be canceled again in order to ensure a particularly safe state of the high-voltage circuit. To ensure battery.
Zur Realisierung des sicheren Betriebs sind beispielsweise eine Spannungsversorgung, die Unfallerfassungseinrichtung, die Relaiseinrichtung zur Erzeugung des Isolationsfehlers, das Zeitelement, eine Kontaktierung zu der beispielsweise als Hochvolt-Spannung ausgebildeten zumindest einen elektrischen Spannung und eine Kontaktierung zur Masse des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Optional ist ferner ein Energiespeicher vorgesehen, welcher besonders vorteilhaft für die Lagerung und den Transport sein kann. Ferner ist beispielsweise der Energiespeicher dem Zeitelement zugeordnet, sodass das Zeitelement mittels des Energiespeichers mit elektrischer Energie zum Bewirken des Schaltens der Relaiseinrichtung versorgbar ist.To realize the safe operation, for example, a power supply, the accident detection device, the relay device for generating the insulation fault, the time element, a contact to the example designed as a high-voltage voltage formed at least one electrical voltage and a contact to the mass of the motor vehicle. Optionally, an energy store is also provided, which can be particularly advantageous for storage and transport. Further, for example, the energy storage is associated with the time element, so that the time element by means of the energy storage with electrical energy for effecting the switching of the relay device can be supplied.
Durch Schalten des Relais wird ein Stromfluss ermöglicht, in dessen Rahmen elektrischer Strom fließt. Dieser elektrische Strom fließt beispielsweise über die zuvor genannte Sicherung und führt in der Folge zu einer Abschaltung der Sicherung, insbesondere an der betroffenen Messleitung, welche auch als Messkanal bezeichnet wird. Beispielsweise nach der weiteren Zeitspanne wird die Verbindung über die Relaiseinrichtung zurückgesetzt, wodurch die Isolation zwischen Hochvolt und Niedrigvolt (NV) wieder hergestellt ist. In der Folge kann ein besonders sicherer Zustand gewährleistet werden.By switching the relay, a current flow is enabled, in whose frame electric current flows. This electrical current flows, for example via the aforementioned fuse and leads to a shutdown of the fuse, in particular on the affected measuring line, which is also referred to as a measuring channel. For example, after the further period of time, the connection is reset via the relay device, whereby the insulation between high-voltage and low-voltage (NV) is restored. As a result, a particularly safe state can be ensured.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels einer Unfallerfassungseinrichtung eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) erfasst wird. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels wenigstens eines Zeitelements eine vorgebbare Zeitspanne nach dem Erfassen der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein Schalten einer Relaiseinrichtung bewirkt wird, wodurch ein Isolationsfehler gezielt beziehungsweise gewünscht erzeugt wird, indem durch das Schalten der Relaiseinrichtung über diese eine elektrische Spannung der Hochvolt-Batterie auf das Batteriegehäuse geschaltet wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.In order to develop a method specified in the preamble of claim 4 type such that a particularly safe operation can be realized, it is inventively provided that an accidental force application of the high-voltage battery (HV battery) is detected by means of an accident detection device. In addition, according to the invention, it is provided that by means of at least one time element a predeterminable period of time after detecting the accidental application of force, a switching of a relay device is effected, whereby an insulation fault is deliberately or desired generated by switching over the relay device via this an electrical voltage of the high-voltage Battery is switched to the battery case. Advantages and advantageous embodiments of the high-voltage battery according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie zeitlich vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung; -
2 eine schematische Darstellung der Hochvolt-Batterie zeitlich nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, wobei ein Isolationsfehler gezielt erzeugt beziehungsweise bewirkt ist; und -
3 eine weitere schematische Darstellung der Hochvolt-Batterie nach der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, wobei der gezielt erzeugte Isolationsfehler wieder aufgehoben ist.
-
1 a schematic representation of a high-voltage battery according to the invention in time before an accidental application of force; -
2 a schematic representation of the high-voltage battery in terms of time after an accidental force application, with an insulation fault is generated or effected targeted; and -
3 a further schematic representation of the high-voltage battery after the accidental application of force, the targeted insulation error is canceled again.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Hochvolt-Batterie
Die Hochvolt-Batterie
Dabei ist darüber hinaus eine Spannungserfassungseinrichtung
Wie besonders gut aus
Um dies zu vermeiden und somit einen sicheren Zustand auch dann zu gewährleisten, wenn lediglich genau eine der Leitungen
Außerdem ist wenigstens ein Zeitelement
In unverformtem Zustand der Hochvolt-Batterie
In Zusammenschau mit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Hochvolt-BatterieHigh-voltage battery
- 1212
- Batteriegehäusebattery case
- 1414
- KnautschbereichKnautschbereich
- 1616
- unfallsicherer Bereichsafe area
- 1818
- Batteriezellenbattery cells
- 2020
- SpannungserfassungseinrichtungVoltage detector
- 2222
- Leitungmanagement
- 2424
- UnfallerfassungseinrichtungAccident detection device
- 2626
- Relaiseinrichtungrelay means
- 2828
- Relaisrelay
- 3030
- Zeitelementtime element
- GG
- MasseDimensions
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |