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Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche, zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2016 101 252 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Speichereinrichtung weist eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) auf, welche einen elektrischen Pluspol und einen elektrischen Minuspol aufweist. Der elektrische Pluspol ist ein erster Pol beziehungsweise wird auch als erster Pol der Hochvolt-Batterie bezeichnet, wobei der elektrische Minuspol ein zweiter Pol ist beziehungsweise auch als zweiter Pol der einfach auch als Batterie bezeichneten Hochvolt-Batterie bezeichnet wird. Die Speichereinrichtung weist dabei einen mit einem der Pole verbundenen ersten Hochvoltpfad und einen mit dem anderen Pol verbundenen zweiten Hochvoltpfad auf. In dem ersten Hochvoltpfad ist wenigstens eine Sicherung zum Unterbrechen beziehungsweise galvanischen Trennen des ersten Hochvoltpfads angeordnet. In dem zweiten Hochvoltpfad ist wenigstens ein pyrotechnisches Trennelement zum Unterbrechen beziehungsweise galvanischen Trennen des zweiten Hochvoltpfads angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Speichereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass Zündkontakte des Trennelements, welches über die Zündkontakte elektrisch auslösbar, das heißt zu zünden ist, parallel zu der als Schmelzsicherung ausgebildeten Sicherung geschaltet sind. Unter dem Merkmal, dass das Trennelement über die Zündkontakte elektrisch auslösbar ist, ist zu verstehen, dass das pyrotechnische Trennelement dadurch ausgelöst werden kann, dass elektrische Energie, insbesondere eine elektrische Spannung und/oder ein elektrischer Strom, an die Zündkontakte und somit über die Zündkontakte an das pyrotechnische Trennelement angelegt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann das pyrotechnische Trennelement dadurch ausgelöst werden, dass das pyrotechnische Trennelement über die Zündkontakte mit einer elektrischen Spannung beziehungsweise mit einem elektrischen Strom versorgt wird. Durch das elektrische Auslösen des pyrotechnischen Trennelements wird der zweite Hochvoltpfad, in welchem das pyrotechnische Trennelement angeordnet ist, unterbrochen, das heißt galvanisch getrennt. Das Auslösen des pyrotechnischen Trennelements wird auch als Zünden des pyrotechnischen Trennelements bezeichnet, da durch das Auslösen beziehungsweise Zünden des pyrotechnischen Trennelements wenigstens ein pyrotechnischer Effekt bewirkt wird. Durch Auslösen beziehungsweise Zünden des pyrotechnischen Trennelements kann der zweite Hochvoltpfad pyrotechnisch getrennt und somit unterbrochen werden.
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Da es nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Zündkontakte, insbesondere über wenigstens einen elektrischen Vorwiderstand, parallel zu der Schmelzsicherung geschaltet sind, wird die Auslösung des pyrotechnischen Trennelements durch eine Auslösung der Sicherung bewirkt. Stellt beispielsweise die Hochvolt-Batterie eine Batteriespannung bereit, und kommt es dabei beispielsweise zu einem Kurzschluss der einfach auch als Batterie bezeichneten Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), so brennt die Schmelzsicherung durch, und die komplette Batteriespannung fällt über die Schmelzsicherung ab. Diese abfallende Batteriespannung wird genutzt, um das pyrotechnische Trennelement zu zünden, sodass auch der zweite Hochvoltpfad unterbrochen wird.
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Da die Schmelzsicherung mit dem einen Pol verbunden ist, ist die Schmelzsicherung auf einer ersten Polseite der Batterie angeordnet. Demzufolge ist das auch als Pyro-Switch bezeichnete pyrotechnische Trennelement auf einer zweiten Polseite der Batterie angeordnet. Da sich das pyrotechnische Trennelement auf der Polseite befindet, auf der die Schmelzsicherung nicht angeordnet ist beziehungsweise auf der keine Schmelzsicherung vorgesehen ist, kann bei der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung eine allpolige galvanische Trennung der Hochvolt-Batterie herbeigeführt werden. Da die Zündkontakte beziehungsweise das Trennelement über die Zündkontakte parallel zu der Schmelzsicherung geschaltet sind beziehungsweise ist, spiegelt in einem Kurzschlussfall das pyrotechnische Trennelement das Verhalten der Schmelzsicherung. Dies bedeutet, dass das Durchbrennen der Schmelzsicherung zu dem Zünden des pyrotechnischen Trennelements führt. Die zuvor beschriebene, allpolige galvanische Trennung kann bei der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung mit einer nur sehr geringen Zeitverzögerung zwischen dem Durchbrennen der Schmelzsicherung und dem Auslösen des pyrotechnischen Trennelements sowie unabhängig von einer etwaigen Niedervolt-Spannungsversorgung sichergestellt werden.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Nach einem Kurzschluss sollte eine Hochvolt-Batterie allpolig von einem beispielsweise als Bordnetz des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Netz getrennt werden. Bei sehr hohen Kurzschlussströmen können jedoch beispielsweise als Schütze ausgebildete Schalter verschweißen, sodass die allpolige Trennung nicht mehr mittels der Schütze gewährleistet werden kann. Ein solches Verschweißen eines Schützes wird auch als Schützkleber bezeichnet. Grundsätzlich ist es denkbar, einen solchen Schützkleber mittels eines Batteriesteuergeräts zu erkennen und nach erkanntem Schützkleber das pyrotechnische Trennelement mittels des Batteriesteuergeräts zu zünden. Ein solches Zünden des pyrotechnischen Trennelements erfolgt mithilfe einer Niedervolt-Spannungsversorgung, sodass dieses Zünden des pyrotechnischen Trennelements von der Niedervolt-Spannungsversorgung abhängig ist. Eine solche Niedervolt-Spannungsversorgung des pyrotechnischen Trennelements kann jedoch nicht in jedem Fall gewährleistet werden, da die Niedervolt-Spannungsversorgung beispielsweise durch einen Unfall ausfallen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Bei der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung kann das pyrotechnische Trennelement unabhängig von einer Niedervolt-Spannungsversorgung gezündet werden, sodass auf einfache Weise ein besonders sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.
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Grundsätzlich ist es ferner denkbar, durch einen Trennschalter manuell eine allpolige Trennung sicherzustellen, indem mittels des manuell betätigbaren Trennschalters Lastbeziehungsweise Hochvoltpfade unterbrochen werden. Hierfür erforderliche Komponenten sind jedoch bauraum- und kostenintensiv. Außerdem kann hier eine allpolige Trennung nicht automatisiert hergestellt werden. Auch diese Probleme und Nachteile können bei der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung vermieden werden, da das Zünden des pyrotechnischen Trennelements mit dem Schmelzen beziehungsweise Durchbrennen der Schmelzsicherung einhergeht. Auf diese Weise kann bauraum- und kostengünstig eine automatische beziehungsweise automatisierte Zündung des pyrotechnischen Trennelements gewährleistet werden, wobei diese Zündung unabhängig von einer Niedervolt-Spannungsversorgung ist.
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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 der einzigen Figur 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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Speichereinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Kraftwagen ausgebildeten Personenkraftwagen. Die Speichereinrichtung 10 wird auch als elektrische Speichereinrichtung, elektrischer Speicher oder elektrischer Energiespeicher bezeichnet, da die Speichereinrichtung 10 dazu ausgebildet ist, elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom zu speichern. Hierzu umfasst die Speichereinrichtung 10 wenigstens eine Hochvolt-Batterie 12, mittels welcher elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Die Hochvolt-Batterie 12 wird einfach auch als Batterie bezeichnet und ist beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Die Hochvolt-Batterie 12 kann wenigstens eine oder mehrere Batteriezellen umfassen, welche elektrisch miteinander verbunden sein können. Hierdurch kann die Hochvolt-Batterie 12 eine besonders hohe Batteriespannung bereitstellen, sodass besonders hohe elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden können. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet. Die Hochvolt-Batterie 12 weist einen elektrischen Pluspol 14 und einen elektrischen Minuspol 16 auf. Der Pluspol 14 ist ein erster Pol beziehungsweise wird auch als erster Pol der Batterie bezeichnet, wobei der Minuspol 16 ein zweiter Pol ist beziehungsweise als zweiter Pol der Batterie bezeichnet wird.
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Die Speichereinrichtung 10 weist darüber hinaus einen ersten Hochvoltpfad 18 auf, welcher mit dem Pluspol 14 elektrisch verbunden ist. Außerdem umfasst die Speichereinrichtung 10 einen zweiten Hochvoltpfad 20, welcher elektrisch mit dem Minuspol 16 verbunden ist. Somit kann die Hochvolt-Batterie 12 beziehungsweise die Speichereinrichtung 10 die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie mit einer sehr hohen, auch als Hochvoltspannung bezeichneten Batteriespannung bereitstellen und beispielsweise an wenigstens einen elektrischen Verbraucher übertragen. Dieser elektrische Verbraucher ist beispielsweise eine auch als Traktionsmaschine bezeichnete elektrische Maschine, welche mittels der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Insbesondere kann die Batterie über die Pole und somit über die Hochvoltpfade 18 und 20 elektrisch mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs verbunden werden, wobei der Verbraucher beispielsweise über das Bordnetz mit der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden kann.
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In dem ersten Hochvoltpfad 18 ist wenigstens eine Sicherung 22 angeordnet, mittels welcher der Hochvoltpfad 18 unterbrochen, das heißt galvanisch getrennt werden kann. Des Weiteren ist in dem Hochvoltpfad 20 ein auch als Pyro-Switch oder Pyro-Fuse bezeichnetes, pyrotechnisches Trennelement 24 angeordnet, mittels welchem der Hochvoltpfad 20 unterbrochen, das heißt galvanisch getrennt werden kann. Durch Unterbrechen der Hochvoltpfade 18 und 20 kann die Batterie beispielsweise von dem Bordnetz beziehungsweise von dem Verbraucher galvanisch getrennt werden. Werden beide Hochvoltpfade 18 und 20 unterbrochen, so wird dadurch eine allpolige galvanische Trennung der Batterie von dem Bordnetz bewirkt.
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Das pyrotechnische Trennelement 24 weist Zündkontakte 26 auf, über welche das pyrotechnische Trennelement 24 elektrisch ausgelöst beziehungsweise gezündet werden kann. Durch dieses Zünden des pyrotechnischen Trennelements 24 wird wenigstens ein pyrotechnischer Effekt bewirkt, durch welchen der Hochvoltpfad 20 mittels des Trennelements 24 getrennt wird. Hierzu wird beispielsweise eine elektrische Spannung an die Zündkontakte 26 angelegt.
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Um nun einen besonders sicheren Betrieb der Speichereinrichtung 10 auf besonders einfache und insbesondere bauraum- und kostengünstige Weise gewährleisten zu können, sind die Zündkontakte 26 parallel zu der als Schmelzsicherung ausgebildeten Sicherung 22 geschaltet. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist ein Vorwiderstand 28 vorgesehen, mit welchem beziehungsweise über welchen die Zündkontakte 26 parallel zu der Sicherung 22 geschaltet sind.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass in dem Hochvoltpfad 18, welcher auch als erster Lastpfad bezeichnet wird, zwischen der Batterie und der Sicherung 22 wenigstens oder genau ein erster Schalter 30 angeordnet ist, welcher beispielsweise als ein erster Schütz ausgebildet ist. In dem auch als zweiter Lastpfad bezeichneten Hochvoltpfad 20 ist zwischen dem Trennelement 24 und der Batterie wenigstens oder genau ein zweiter Schalter 32 angeordnet, welcher beispielsweise ein zweiter Schütz ist.
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Kommt es nun zu einem solchen Kurzschluss der Batterie, dass ein solch hoher Kurzschlussstrom fließt, dass die Schütze verschweißen, so kommt es zu einem sogenannten Schützkleber des jeweiligen Schalters 30 beziehungsweise 32. In der Folge können die Schütze nicht mehr geöffnet werden, sodass die Lastpfade nicht mittels der Schütze unterbrochen werden können. Somit kann die Batterie nicht mehr mittels der Schütze von den Lastpfaden beziehungsweise von dem Bordnetz getrennt werden, sodass mittels der Schütze keine allpolige Trennung der Batterie von dem Bordnetz realisiert werden kann.
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Jedoch kommt es bei einem solchen Kurzschluss auch dazu, dass die Schmelzsicherung (Sicherung 22) schmilzt beziehungsweise durchbrennt, wodurch der erste Lastpfad (Hochvoltpfad 18) unterbrochen wird. Dann fällt die komplette Batteriespannung über die Schmelzsicherung ab. Diese abfallende Batteriespannung wird genutzt, um das pyrotechnische Trennelement 24 über die Zündkontakte 26 zu zünden. Da durch das Durchbrennen der Sicherung 22 der erste Lastpfad und durch das Zünden des Trennelements 24 der zweite Lastpfad (Hochvoltpfad 20) unterbrochen werden, wird eine allpolige galvanische Trennung der Batterie von dem Bordnetz herbeigeführt. Insbesondere ist erkennbar, dass bei dem beschriebenen Kurzschluss das pyrotechnische Trennelement 24 das Verhalten der Schmelzsicherung spiegelt. Hierdurch kann die Batterie allpolig unabhängig von einer Niedervolt-Spannungsversorgung des Trennelements 24 getrennt werden, sodass ein besonders sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Speichereinrichtung
- 12
- Hochvolt-Batterie
- 14
- Pluspol
- 16
- Minuspol
- 18
- erster Hochvoltpfad
- 20
- zweiter Hochvoltpfad
- 22
- Sicherung
- 24
- pyrotechnisches Trennelement
- 26
- Zündkontakte
- 28
- Vorwiderstand
- 30
- Schalter
- 32
- Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016101252 A1 [0002]
