DE102017006519A1

DE102017006519A1 - Batteriesystem

Info

Publication number: DE102017006519A1
Application number: DE102017006519.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hamma; Matthias Reckermann; Robert Hasenfratz; Michael Günther Zeyen; Dietmar Bytzek; Günter Uhl
Original assignee: Vancom & Co KG GmbH; Marquardt GmbH
Current assignee: Vancom & Co KG GmbH; Marquardt GmbH
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-01-18
Also published as: EP3485554A2; DE102017006520A1; WO2018011365A1; WO2018011364A2; WO2018011364A3; EP3485553A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle (3) aufweisenden Batterie (2). Ein Verbraucher (4) steht mit der Batterie (2) über eine Versorgungsleitung (5) in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung (5) ist eine Sicherung (6) angeordnet. Weiter ist ein Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik für die Sicherung (6) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Batteriesysteme kommen insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz.
Ein solches Batteriesystem dient zur Energieversorgung eines Verbrauchers. Das Batteriesystem umfasst eine wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle aufweisende Batterie. Über eine Versorgungsleitung steht der Verbraucher mit der Batterie in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung ist eine Sicherung angeordnet, die zum Schutz der Batterie und/oder des angeschlossenen Verbrauchers dient. In ungünstigen Situationen und/oder bei ungünstigen Zuständen können jedoch Bedingungen auftreten, bei denen die Sicherung nicht mehr innerhalb der erforderlichen Zeiten reagieren kann, so dass die Funktionssicherheit beeinträchtigt ist. Es besteht dann die Gefahr einer Beeinträchtigung und/oder Zerstörung des Batteriesystems, beispielsweise durch einen Batterie- und/oder einen Leitungs- und/oder einen Verbraucherbrand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Batteriesystem derart weiterzuentwickeln, dass die Funktionssicherheit verbessert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Batteriesystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Batteriesystem ist ein Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik für die Sicherung vorgesehen. Vorteilhafterweise lässt sich dadurch die Kennlinie und/oder die Auslösecharakteristik der Sicherung der jeweiligen Situation und/oder dem jeweiligen Zustand anpassen, womit einer Beeinträchtigung und/oder Zerstörung des Batteriesystems und/oder des Verbrauchers auch unter ungünstigen Bedingungen begegnet ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer funktionell vorteilhaften weiteren Ausgestaltung kann die Sicherung ein Sicherungselement und eine Halterung für das Sicherungselement umfassen. Zweckmäßigerweise kann das Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik mit dem Sicherungselement zusammenwirken. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist für einen einfachen Austausch des zerstörten Sicherungselements nach dessen Auslösung gesorgt.
In kostengünstiger Art und Weise kann es sich bei dem Sicherungselement um eine Schmelzsicherung handeln. Die Schmelzsicherung kann wiederum einen Schmelzdraht aufweisen. In zweckmäßiger Weise kann das Sicherungselement als ein Bauelement mit endseitigen elektrischen Anschlusselementen ausgestaltet sein. Insbesondere kann es sich anbieten, dass das Bauelement zylindrisch, quaderförmig, prismatisch o. dgl. und/oder die Anschlusselemente in der Art von Anschlusskappen ausgestaltet sind. Die Halterung kann ein Kontaktelement zur Aufnahme des Anschlusselements sowie einen Anschluss zur elektrischen Versorgungsleitung aufweisen. Zwecks einfacher Anordnung des Sicherungselements in der Halterung kann das Kontaktelement federnd, verschraubbar o. dgl. ausgestaltet sein.
In weiterer Ausgestaltung kann das Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine mit dem Sicherungselement in thermischer Verbindung stehende Wärmequelle umfassen. Dadurch ist das Sicherungselement mit Wärmeenergie beaufschlagbar. Insbesondere kann die Schmelzsicherung durch die in den Schmelzdraht eingeleitete Wärme mit Wärmeenergie beaufschlagbar sein. Hierfür kann zweckmäßigerweise die Wärmequelle ein am Kontaktelement angeordnetes elektrisches Heizelement umfassen. Somit ist die Betriebssicherheit für das Sicherungsmittel in einfacher Art und Weise gesteigert.
In einer anderen Ausgestaltung kann das Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine im Sicherungselement angeordnete Wärmequelle umfassen. Dadurch ist das Sicherungselement mit Wärmeenergie beaufschlagbar. Insbesondere kann die Schmelzsicherung durch die in den Schmelzdraht eingeleitete Wärme mit Wärmeenergie beaufschlagbar sein. Hierfür kann zweckmäßigerweise die Wärmequelle einen im Sicherungselement eingebauten elektrischen Heizdraht umfassen. Eine derartige Ausgestaltung zeichnet sich durch besondere Kompaktheit aus.
In einer nochmals anderen Ausgestaltung kann das Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine mit dem Sicherungselement in thermischer Verbindung stehende und/oder im Sicherungselement angeordnete Kältequelle umfassen. Dadurch ist das Sicherungselement mit Kalte beaufschlagbar. Insbesondere kann die Schmelzsicherung durch die in den Schmelzdraht eingeleitete Kalte kühlbar sein.
Bei der Wärme- und/oder Kältequelle kann es sich um ein Peltier-Element handeln. Hierdurch lässt sich eine besonders feinfühlige Veränderung der Kennlinie und/oder Beeinflussung der Auslösecharakteristik für das Sicherungselement erreichen.
Das Sicherungselement kann als ein Shunt-Widerstand betreibbar sein. Dadurch kann der in der Versorgungsleitung fließende elektrische Strom anhand einer Messung des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand ermittelbar sein. Hierfür kann ein Kontaktierungselement zur Messung des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand mit dem Anschlusselement in elektrischem Kontakt stehen. Zweckmäßigerweise kann das Kontaktierungselement im Bereich des Kontaktelements sowie gegenüber dem Kontaktelement elektrisch isoliert angeordnet sein. Somit ist die Funktionalität des Sicherungselements ohne wesentliche zusätzliche Kosten erweitert.
In weiterer Ausgestaltung kann anhand des am Shunt-Widerstand und/oder der Halterung gemessenen Spanungsabfalls der Zustand des Sicherungselements diagnostizierbar sein. Insbesondere kann in Abhängigkeit vom gemessenen Spannungsabfall der Zustand der Schmelzsicherung ermittelbar sein. Beispielsweise können hiermit die Qualität des Sicherungsfadens der Schmelzsicherung und/oder die Qualität der Kontaktierung mittels der Kontaktelemente ermittelbar sein. Folglich bietet das Sicherungsmittel eine nochmalige Erweiterung der Funktionalität ohne zusätzliche Kosten.
Zwecks Berücksichtigung der in der Sicherung herrschenden Temperatur für die Veränderung der Kennlinie und/oder Beeinflussung der Auslösecharakteristik für das Sicherungselement kann ein Temperatursensor am Sicherungselement und/oder an der Halterung angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann der Temperatursensor in die Halterung integriert sein. Dadurch ist in einfacher Art und Weise mittels des Temperatursensors die Temperatur des Sicherungselements messbar. In kostengünstiger sowie funktionssicherer Art und Weise kann es sich anbieten, dass der Temperatursensor als ein NTC-Widerstand, als ein PTC-Sensor, als ein Halbleiter-Temperatursensor o. dgl. ausgestaltet ist.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist nachfolgendes festzustellen.
In elektromechanischen Verteilungssystemen von Batteriesystemen werden elektrische Lasten mit großen elektrischen Schaltern, beispielsweise mittels eines Relais, eines Schütz o. dgl., geschaltet. Bei gefährlichen Situationen, die durch Unfälle und/oder auch fehlerhafte Betriebsbedingungen entstehen können, müssen die Batteriesysteme vor Batteriebrand und/oder die außerhalb des Batteriesystems angeschlossenen Systeme vor Leitungs- und/oder Verbraucherbrand geschützt werden. Der Schutz kann mit bekannten Sicherungselementen erfolgen.
Die Schmelzsicherungen sind sicher zu betreiben, so lange die Energiequelle ausreichend Energie liefern kann. Die ungünstigen Situationen bei Energiesystemen, beispielsweise bei Batterien, entstehen allerdings unter Bedingungen, bei denen diese nicht mehr die erforderliche Energie liefert. Das bedeutet, die Schmelzsicherungen können nicht mehr innerhalb der erforderlichen Zeiten reagieren. Das verursacht enorme Aufwände in den nachfolgenden Systemen.
Die Idee besteht darin, die Schmelzsicherung mit einer Wärmequelle auszustatten. Das bedeutet, dass man gezielt Wärme in den Schmelzdraht einleitet. Dadurch kann auch bei ungünstigen Bedingungen ein Wärmestau in der Schmelzsicherung erreicht werden, wodurch ein Durchschmelzen des Sicherungsfadens erreicht wird. Ungünstige Bedingung bedeutet, dass die Energiequelle nicht die erforderliche Energie bereitstellen kann. Mit dieser Maßnahme beeinflusst man direkt die Sicherungskennlinie. Diese Einflussnahme hat Auswirkungen auf die nachgeschalteten Systeme. Alternativ kann die Schmelzsicherung auch mit einer Kältequelle zum Einleiten von Kälte in den Schmelzdraht ausgestattet sein.
Des Weiteren betreibt man die Sicherung auch als Shunt-Widerstand. Das bedeutet, man misst den Spannungsabfall über diesen Shunt-Widerstand und kann dadurch den fließenden elektrischen Strom ermitteln. Abhängig von diesem Stromwert kann auf den Zustand der Schmelzsicherung geschlossen werden, wodurch

– die Qualität des Sicherungsfadens der Schmelzsicherung,
– die Qualität des Kontaktsystems der Schmelzsicherung

Geschaffen ist somit eine Schmelzsicherung, insbesondere eine Hochstrom-Schmelzsicherung, mit veränderbarer Kennlinie und/oder Diagnose mit den folgenden Eigenschaften:

– Diagnosefähige Sicherung.
– Sicherung als Shunt-Element.
– Sicherung mit veränderbarer Kennlinie.

Weiterhin geschaffen ist ein Sicherungshalter für eine Schmelzsicherung, insbesondere für eine Hochstrom-Schmelzsicherung. mit folgenden Eigenschaften:

– Externe elektrische Beheizung der Sicherung.
– Auswechselbares Sicherungselement.
– Verwendung des Sicherungselementes als Strommess-Shunt.

Eine wichtige Randbedingung der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Sicherung nur sehr selten auslösen muss. Kommt es zu einem Auslösen der Sicherung, so ist gefordert, dass das Sicherungselement ausgetauscht werden kann. Der Sicherungshalter für eine wechselbare Schmelzsicherung, insbesondere eine Hochstrom-Schmelzsicherung, soll so ausgeführt sein, dass auch über längere Betriebszeiten, insbesondere mit hohen Strömen, gewährleistet ist, dass es zu keinen kritischen Kontaktübergangswiderständen, die ansonsten eine massive Erwärmung der Anordnung verursachen, zwischen dem Sicherungselement und den Kontakten des Sicherungshalters kommt.
Eine weitere, möglichst zu erfüllende Randbedingung ist, dass sich das eigentliche, insbesondere wechselbare, Sicherungselement nur wenig von dem heute üblicherweise eingesetzten Sicherungselement unterscheidet. Insbesondere soll dies für die mechanische Ausführung, die Kontaktierung, die Herstellung usw. gelten.
Die Sicherungsfunktion des Sicherungselementes ist identisch mit der Funktion einer Schmelzsicherung nach dem Stand der Technik mit all den bekannten Eigenschaften. Unter Anderem besitzen diese Schmelzsicherungen sehr lange Auslösezeiten bei niedrigen Überströmen, beispielsweise bei 110% des Sicherungsnennstromes. Zusätzlich kann das Sicherungselement durch eine externe Beheizung über in die Kontaktelemente des Sicherungshalters integrierte Heizelemente zum Auslösen, d. h. zum Schmelzen, gebracht werden. Die Heizelemente werden vorzugsweise aktiviert, wenn durch Überwachungseinrichtungen, beispielsweise über eine Messung des Laststromes, Abschaltkriterien erkannt werden.
Zusätzlich wird das Sicherungselement so ausgebildet, dass es ein definiertes und bekanntes Verhalten seines elektrischen Widerstandes hat. Damit kann über eine Messung des Spannungsabfalls über dem Sicherungselement der durch die Sicherung fließende Strom bestimmt werden. Außerdem kann auf diesem Wege auch eine schlechte Kontaktierung des Sicherungselements im Sicherungshalter erkannt werden.
Ist eine Auswertung der Spannungsabfälle bei bekanntem Sicherungswiderstand nicht ausreichend, so kann optional eine Bestimmung der Temperatur des Sicherungselementes, beispielsweise über einen in den Sicherungshalter integrierten Temperatursensor, erfolgen.
Zusammenfassend sind somit die folgenden Merkmale bei der erfindungsgemäßen Sicherung beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Batteriesystem gegeben:

– Beeinflussung der Auslösecharakteristik einer Standard-Sicherung durch eine externe Beheizung und/oder auch Kühlung.
– Überwachung der Übergangswiderstände der Sicherungskontaktierung über die Lebensdauer und/oder nach Sicherungsaustausch sowie gegebenenfalls Abschaltung des Strompfades bei kritischen Betriebszuständen.
– Verwendung des bekannten ohmschen Widerstandes einer Sicherung als Mess-Shunt zur Messung des Laststroms. Optional erfolgt eine zusätzliche Messung der Sicherungstemperatur und das Unterbrechen des Strompfades bei kritischen Betriebszuständen, beispielsweise bei Überstrom o. dgl., durch Auslösen der Sicherung mittels der externen Beheizung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:

– Es kann eine bewährte Technik eingesetzt werden.
– Niedrige elektrische Ströme, die lediglich minimal über dem Nennstrom liegen, können abgesichert werden.
– Die Kennlinie der Sicherung „Strom über die Zeit” ist veränderbar.
– Die Strommessung ist mit der Sicherung als Shunt-Element umsetzbar.
– Die Diagnose der Sicherung ist mit dem Sicherungs-Shunt-Element umsetzbar.
– Es ist ein deutlicher Kostenvorteil durch die einfache Technik erreicht.
– Es ist ein deutlicher Kostenvorteil in den nachfolgenden Systemen gegeben.
– Die Verkabelungen können deutlich in den Querschnitten verringert werden, was wiederum Kostenvorteile mit sich bringt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein Batteriesystem mit einer Sicherung in schematischer Ansicht,
2 die Sicherung in Front- sowie in Seitenansicht und
3 die elektrische Schaltungsanordnung für die Sicherung.
In 1 ist ein Batteriesystem 1 für ein Kraftfahrzeug zu sehen. Das Batteriesystem 1 umfasst eine Batterie 2, die wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle 3 aufweist. Mit der Batterie 2 steht ein Verbraucher 4 über eine Versorgungsleitung 5 in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung 5 ist eine Sicherung 6 angeordnet.
Die nähere Ausgestaltung der in 1 lediglich schematisch gezeigten Sicherung 6 ist in 2 gezeigt. Die Sicherung 6 umfasst ein Sicherungselement 6' und eine Halterung 6'' für das Sicherungselement 6'. Im Batteriesystem 1 ist weiter ein Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik für die Sicherung 6 vorgesehen. Und zwar wirkt das Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik mit dem Sicherungselement 6' zusammen.
Bei dem Sicherungselement 6' handelt es sich in weiterer Ausgestaltung um eine Schmelzsicherung. Die Schmelzsicherung 6' weist einen Schmelzdraht 7 auf, wie in der 1 schematisch zu sehen ist. Das Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie umfasst eine mit dem Sicherungselement 6' in thermischer Verbindung 9 stehende Wärmequelle 10. Dadurch ist das Sicherungselement 6' durch entsprechende Ansteuerung des Mittels 8 mit Wärmeenergie beaufschlagbar. Und zwar ist insbesondere die Schmelzsicherung 6' durch die in den Schmelzdraht 7 eingeleitete Wärme mit Wärmeenergie beaufschlagbar. Somit kann die Schmelzsicherung 6' auch dann noch funktionssicher betrieben werden, falls die in der Batterie 3 noch vorhandene Restenergie hierfür an sich nicht mehr ausreichen würde.
Insbesondere ist damit die Sicherung 6 in der Art einer Beschleunigung beeinflussbar, so dass deren fehlendes und/oder schleichendes Ausschalten verhindert ist.
Wie weiter anhand der 2 zu sehen ist, ist das Sicherungselement 6' als ein zylindrisches Bauelement mit endseitigen elektrischen Anschlusselementen 12 in der Art von Anschlusskappen ausgestaltet. Die Halterung 6'' weist wiederum ein federndes Kontaktelement 13 zur Aufnahme des Anschlusselements 12 sowie einen Anschluss 14 zur elektrischen Versorgungsleitung 5 auf. Mit Hilfe des federnden Kontaktelements 13 ist somit das Sicherungselement 6' klemmend in der Halterung 6'' angeordnet, so dass das Sicherungselement 6' in einfacher Weise auswechselbar ist. Die elektrische Spannung wird dabei vom Anschluss 14 über das Kontaktelement 13 an der Halterung 6'' zum Anschlusselement 12 des Sicherungselements 6' zugeführt. Falls gewünscht kann das Sicherungselement 6' auch verschraubbar o. dgl. in der Halterung 6'' befestigt sein.
Die Wärmequelle 10 umfasst ein an der Halterung 6'' beziehungsweise am Kontaktelement 13 angeordnetes elektrisches Heizelement 10. Das Heizelement 10 liegt direkt am Kontaktelement 13 an, so dass ein gute thermische Verbindung 9 zum Sicherungselement 6' geschaffen ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine im Sicherungselement 6' angeordnete Wärmequelle 10 zur Beaufschlagung des Sicherungselements 6' mit Wärmeenergie umfasst. Beispielsweise kann hierfür die Wärmequelle 10 einen im Sicherungselement 6' eingebauten elektrischen Heizdraht umfassen, was jedoch nicht weiter gezeigt ist.
Desweiteren kann das Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik auch eine mit dem Sicherungselement 6' in thermischer Verbindung 9 stehende Kältequelle umfassen. Das Sicherungselement 6' ist dann mit Kalte beaufschlagbar, und zwar ist die Schmelzsicherung 6' durch die in den Schmelzdraht 7 eingeleitete Kalte kühlbar. Damit ist die Sicherung 6 in der Art einer Verzögerung beeinflussbar, so dass deren vorzeitiges Auslösen verhindert ist. Als Wärme- und/oder Kältequelle für das Mittel 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik ist in besonderer Weise ein Peltier-Element geeignet. Ein Peltier-Element kann in gewünschter Weise zur Erwärmung und/oder zur Kühlung betrieben werden.
Weiterhin ist das Sicherungselement 6' als ein Shunt-Widerstand betreibbar. Dadurch ist der in der Versorgungsleitung 5 fließende elektrische Strom anhand einer Messung 11 des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand 6' ermittelbar. Zur Messung 11 des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand 6' steht ein Kontaktierungselement 15 mit dem Anschlusselement 12 in elektrischem Kontakt. Wie näher in 2 zu sehen ist, ist das Kontaktierungselement 15 im Bereich des Kontaktelements 13 sowie gegenüber dem Kontaktelement 13 elektrisch isoliert angeordnet, indem das Kontaktierungselement 15 durch einen Durchbruch 16 im Kontaktelement 13 sowie beabstandet zum Kontaktelement 13 hindurchgeführt ist.
Anhand des am Shunt-Widerstand 6' und/oder der Halterung 6'' gemessenen Spanungsabfalls ist des Weiteren der Zustand des Sicherungselements 6' diagnostizierbar. Insbesondere sind in Abhängigkeit vorn gemessenen Spannungsabfall der Zustand der Schmelzsicherung 6', nämlich die Qualität des Sicherungsfadens 7 der Schmelzsicherung 6' und/oder die Qualität der Kontaktelemente 13 der Schmelzsicherung 6' ermittelbar.
Schließlich kann ein Temperatursensor 17 am Sicherungselement 6' angeordnet sein, so dass mittels des Temperatursensors 17 die Temperatur des Sicherungselements 6' messbar ist. Unter Berücksichtigung der aktuellen Temperatur des Sicherungselements 6' ist dann eine feinfühlige Steuerung des Mittels 8 zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik ermöglicht. Bevorzugterweise ist der Temperatursensor 17 an der Halterung 6'' angeordnet, beispielsweise in die Halterung 6'' integriert. Der Temperatursensor 17 kann als ein NTC-Widerstand, als ein PTC-Sensor, als ein Halbleiter-Temperatursensor o. dgl. ausgestaltet sein.
Nachfolgend soll noch eine detailliertere Beschreibung der Sicherung 6 sowie deren Funktionsweise gegeben werden.
Wie in 2 zu sehen ist, ist die Schmelzsicherung (Si) 6' vorzugsweise als zylindrisches Bauelement mit den elektrischen Anschlußkappen 12 an den beiden Enden des Bauelementes ausgebildet, und zwar ähnlich einer bekannten Schmelzsicherung mit einem Durchmesser von in etwa 5 mm und einer Länge von in etwa 20 mm. Falls gewünscht kann die Schmelzsicherung auch als ein quaderförmiges Bauelement mit einem rechteckigen Querschnitt von beispielsweise 50 mm × 50 mm sowie einer Länge von beispielsweise 100 mm ausgestaltet sein. Selbstverständlich kann die Schmelzsicherung auch eine sonstige geeignete Bauform, beispielsweise eine prismaförmige Gestalt, mit zweckmäßigen Abmessungen aufweisen. Der Schmelzdraht 7 des Sicherungselementes 6' ist in seinem elektrischen Widerstand R_Si (siehe 3) optimiert, um diesen als Mess-Shunt zur Strommessung einsetzen zu können.
Der Sicherungshalter 6'' besteht aus metallischen, federnden Kontaktelementen 13 mit Anschlüssen (A1, A2) 14 zum Laststromkreis (Laststrom I_L), wobei die Kontaktelemente 13 das Sicherungselement (Si) 6' an den Anschlusskappen 12 umgreifen und so die elektrische Kontaktierung zwischen Sicherungshalter 6'' und Sicherungselement 6' darstellen, ähnlich dem Sicherungshalter für die oben beschriebenen bekannten Schmelzsicherungen. An beiden Kontaktelementen 13 sind elektrische Heizelemente (He1, He2) 10 befestigt, die beispielsweise elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Sicherungshalter 6'' enthält zusätzlich zwei weitere Kontaktierungselemente 15, die ebenfalls die Anschlusskappen 12 des Sicherungselementes 6' berühren. Diese Kontaktierungselemente 15 sind räumlich im Bereich der Kontaktelemente 13 angeordnet, sind aber elektrisch gegen diese isoliert. Über die Anschlüsse As1, As2 der Kontaktierungselemente 15 kann im Sinne eines Sense-Anschlusses der Spannungsabfall über dem eigentlichen Sicherungselement 6' gemessen werden. Optional ist weiterhin in den Sicherungshalter 6'' ein Temperatursensor (Ts) 17, beispielsweise ausgeführt als ein NTC, integriert, über den die Temperatur des Sicherungselementes 6' erfasst werden kann.
Das elektrische Schaltbild für die Sicherung 6 ist in 3 näher dargestellt. Der Laststrom I_L fließt über den Anschluss (A1) 14 durch den Widerstand R_K1, der den elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem ersten Kontaktelement 13 und dem Sicherungselement 6' darstellt, durch den Widerstand R_Si des Sicherungselementes 6' und dann durch den Widerstand R_K2, der den elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem zweiten Kontaktelement 13 und dem Sicherungselement 6' darstellt, zum Anschluss (A2) 14. An den Anschlüssen As1 und As2 kann der Spannungsabfall U_Si über dem Sicherungselement 6' gemessen werden. Bei bekanntem Widerstand R_Si kann damit der Laststrom I_L bestimmt werden. In einem weiteren Rechenschritt kann dann aus dem gesamten Spannungsabfall U_Ges der Übergangswiderstand R_K1 und R_K2 der Kontaktierung bestimmt werden. Mit dem optionalen Temperatursensor (Ts) 17 kann die Temperatur des Sicherungselements 6' bzw. eine Temperaturerhöhung durch den fließenden Laststrom I_L ermittelt werden. Hierzu wird der Widerstand R_TS an den Anschlüssen Ts1 und Ts2 des Temperatursensors 17 gemessen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Erfindung nicht nur in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sondern kann auch in allen sonstigen Batterieprojekten und/oder -systemen, in denen Wärmeenergie entsteht, Verwendung finden.
Bezugszeichenliste

1: Batteriesystem
2: Batterie
3: Batterie- und/oder Akkuzelle
4: Verbraucher
5: Versorgungsleitung
6: Sicherung
6': Sicherungselement/Schmelzsicherung/Shunt-Widerstand
6'': Halterung (für Sicherungselement)/Sicherungshalter
7: Schmelzdraht/Sicherungsfaden
8: Mittel zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik
9: thermische Verbindung
10: Wärmequelle/Heizelement
11: Messung des Spannungsabfalls (am Shunt-Widerstand)
12: Anschlusselement (am Sicherungselement)/Anschlusskappe
13: Kontaktelement (an der Halterung)
14: Anschluss (an der Halterung)
15: Kontaktierungselement
16: Durchbruch (im Kontaktelement)
17: Temperatursensor

Claims

Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle (3) aufweisenden Batterie (2), und mit einem mit der Batterie (2) über eine Versorgungsleitung (5) in elektrischer Verbindung stehenden Verbraucher (4), wobei in der Versorgungsleitung (5) eine Sicherung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik für die Sicherung (6) vorgesehen ist.
Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung (6) ein Sicherungselement (6') und eine Halterung (6'') für das Sicherungselement (6') umfasst, und dass das Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik mit dem Sicherungselement (6') zusammenwirkt.
Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sicherungselement (6') um eine Schmelzsicherung, die insbesondere einen Schmelzdraht (7) aufweist, handelt, dass vorzugsweise das Sicherungselement (6') als ein, insbesondere zylindrisches, quaderförmiges, prismatisches o. dgl., Bauelement mit endseitigen elektrischen Anschlusselementen (12), insbesondere in der Art von Anschlusskappen, ausgestaltet ist, und dass weiter vorzugsweise die Halterung (6'') ein, insbesondere federndes, verschraubbares o. dgl., Kontaktelement (13) zur Aufnahme des Anschlusselements (12) sowie einen Anschluss (14) zur elektrischen Versorgungsleitung (5) aufweist.
Batteriesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine mit dem Sicherungselement (6') in thermischer Verbindung (9) stehende Wärmequelle (10) umfasst, derart dass das Sicherungselement (6') mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist, insbesondere dass die Schmelzsicherung (6') durch in den Schmelzdraht (7) eingeleitete Wärme mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist, und dass vorzugsweise die Wärmequelle (10) ein am Kontaktelement (13) angeordnetes elektrisches Heizelement (10) umfasst.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine im Sicherungselement (6') angeordnete Wärmequelle (10) umfasst, derart dass das Sicherungselement (6') mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist, insbesondere dass die Schmelzsicherung (6') durch in den Schmelzdraht (7) eingeleitete Wärme mit Wärmeenergie beaufschlagbar ist, und dass vorzugsweise die Wärmequelle (10) einen im Sicherungselement (6') eingebauten elektrischen Heizdraht umfasst.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (8) zur Veränderung der Kennlinie und/oder zur Beeinflussung der Auslösecharakteristik eine mit dem Sicherungselement (6') in thermischer Verbindung (9) stehende und/oder im Sicherungselement (6') angeordnete Kältequelle umfasst, derart dass das Sicherungselement (6') mit Kälte beaufschlagbar ist, insbesondere dass die Schmelzsicherung (6') durch in den Schmelzdraht (7) eingeleitete Kalte kühlbar ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wärme- und/oder Kältequelle (10) um ein Peltier-Element handelt.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (6') als ein Shunt-Widerstand betreibbar ist, derart dass der in der Versorgungsleitung (5) fließende elektrische Strom anhand einer Messung (11) des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand (6') ermittelbar ist, dass vorzugsweise ein Kontaktierungselement (15) zur Messung (11) des elektrischen Spannungsabfalls am Shunt-Widerstand (6') mit dem Anschlusselement (12) in elektrischen Kontakt steht, und dass weiter vorzugsweise das Kontaktierungselement (15) im Bereich des Kontaktelements (13) sowie gegenüber dem Kontaktelement (13) elektrisch isoliert angeordnet ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des am Shunt-Widerstand (6') und/oder der Halterung (6'') gemessenen Spannungsabfalls der Zustand des Sicherungselements (6') diagnostizierbar ist, insbesondere dass in Abhängigkeit vom gemessenen Spannungsabfall der Zustand der Schmelzsicherung (6'), wie die Qualität des Sicherungsfadens (7) der Schmelzsicherung (6') und/oder die Qualität der Kontaktierung mittels der Kontaktelemente (13), ermittelbar ist.
Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (17) am Sicherungselement (6') und/oder an der Halterung (6'') angeordnet ist, insbesondere in die Halterung (6'') integriert ist, derart dass mittels des Temperatursensors (17) die Temperatur des Sicherungselements (6') messbar ist, und dass vorzugsweise der Temperatursensor (17) als ein NTC-Widerstand, als ein PTC-Sensor, als ein Halbleiter-Temperatursensor o. dgl. ausgestaltet ist.