DE102018222450A1 - High-voltage battery arrangement, motor vehicle and method for operating a high-voltage battery arrangement - Google Patents

High-voltage battery arrangement, motor vehicle and method for operating a high-voltage battery arrangement Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterieanordnung (10) zur Energieversorgung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs (42), wobei die Hochvoltbatterieanordnung (10) mindestens ein erstes und ein zweites Batteriesegment (14a, 14b) aufweist, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, eine Detektionseinrichtung zumindest zur Detektion eines Brands des mindestens einen ersten und/oder zweiten Batteriesegments (14a, 14b) und eine Kopplungseinrichtung (18, 20), die dazu ausgelegt ist, zumindest im Falle eines detektierten Brands des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) das vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) elektrisch abzukoppeln, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) bereitstellbar ist.The invention relates to a high-voltage battery arrangement (10) for supplying energy to a drive unit of a motor vehicle (42), the high-voltage battery arrangement (10) having at least a first and a second battery segment (14a, 14b), which are arranged spatially separated from one another, a detection device at least for detection a fire of the at least one first and / or second battery segment (14a, 14b) and a coupling device (18, 20) which is designed to at least in the event of a detected fire of the at least one first or at least one second battery segment (14a, 14b ) electrically disconnect the battery segment (14a, 14b) affected by the fire from the group of at least a first and at least a second battery segment (14a, 14b), so that the drive unit is only supplied with energy by the at least one other battery segment not affected by the fire (14a, 14b) from the group of at least one first ten and the at least one second battery segment (14a, 14b) can be provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbatterieanordnung zur Energieversorgung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgelegt ist. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung.The invention relates to a high-voltage battery arrangement for a motor vehicle, the high-voltage battery arrangement being designed to supply energy to a drive unit of the motor vehicle. The invention also includes a motor vehicle and a method for operating a high-voltage battery arrangement.

Hin und wieder kann es zum Liegenbleiben eines Fahrzeugs kommen. Ein Grund für liegengebliebene Fahrzeuge sind technische Defekte des Fahrzeugs, so zum Beispiel eine defekte Kraftstoffpumpe, ein Generatordefekt sowie viele andere Möglichkeiten. Dies wird sich auch im kommenden Zeitalter der E-Mobilität nicht ändern.Every now and then a vehicle may come to a standstill. One reason for broken down vehicles are technical defects in the vehicle, such as a defective fuel pump, a generator defect and many other options. This will not change in the coming era of e-mobility.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich hauptsächlich mit einem Defekt der Traktionsbatterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie. Ein solcher Defekt führt gemäß dem aktuellen Stand der Technik ebenfalls zu einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs, da ein solcher Defekt der Traktionsbatterie bei einem Elektrofahrzeug direkt einen abrupt auftretenden Vortriebsverlust verursacht. Der Grund des Batterieausfalls kann ein Zellkurzschluss oder ein Lichtbogen in der Batterie sein, welcher im schlimmsten Fall einen Batterie- und/oder auch einen Fahrzeugbrand entstehen lässt. Um gerade bei einem Brand innerhalb der Batterie nach Möglichkeit schlimmere Folgen zu verhindern, wird in der Regel die Hochvoltbatterie vom restlichen Bordnetz abgekoppelt sowie eventuell auch entsprechende Löschmaßnahmen eingeleitet. The present invention is mainly concerned with a defect in the traction battery, in particular a high-voltage battery. According to the current state of the art, such a defect likewise leads to the motor vehicle stopping because such a defect in the traction battery in an electric vehicle directly causes an abrupt loss of propulsion. The reason for the battery failure can be a cell short circuit or an arc in the battery, which in the worst case can cause a battery and / or a vehicle fire. In order to prevent worse consequences, especially in the event of a fire inside the battery, the high-voltage battery is usually disconnected from the rest of the vehicle electrical system and appropriate extinguishing measures are also initiated.

Beispielsweise beschreibt die DE 10 2009 003 048 A1 eine Vorrichtung zur Auslösung einer Trennung eines Energiespeichers von einem angeschlossenen Netz, wobei eine Trennung erfolgt, wenn Spannungsmesswerte der Batteriespannung bei Vergleich mit einer Referenzspannung außerhalb eines Toleranzbereichs liegen. Durch einen solchen Vergleich sollen Fehler wie zum Beispiel Kurzschlüsse innerhalb des Energiespeichers oder doppelte Isolationsfehler mit unterschiedlichem Potential erkannt werden können.For example, the DE 10 2009 003 048 A1 a device for triggering a disconnection of an energy store from a connected network, a disconnection taking place if voltage measured values of the battery voltage are outside a tolerance range when compared with a reference voltage. Such a comparison should be able to detect faults such as short circuits within the energy store or double insulation faults with different potential.

Weiterhin beschreibt die DE 10 2016 200 368 A1 ein Batteriesystem und ein Kühlmittelkreislaufsystem mit einer Kühlmittelleitung, die mindestens eine Notfallöffnung in einem Batteriemodul aufweist. Bei einem Druck größer als ein Schwellwert öffnet die Notfallöffnung und es kann ein Löschmittel durch diese Notfallöffnung in das Batteriemodul eingebracht werden.Furthermore describes the DE 10 2016 200 368 A1 a battery system and a coolant circuit system with a coolant line which has at least one emergency opening in a battery module. At a pressure greater than a threshold, the emergency opening opens and an extinguishing agent can be introduced into the battery module through this emergency opening.

Da die Verhinderung des Ausbreitens eines Batteriebrands üblicherweise Priorität hat, um die Gefährdung von Insassen zu verhindern, führen bekannte Maßnahmen, wie die oben beschriebenen, immer dazu, dass das Kraftfahrzeug sofort fahruntauglich wird, da die Hochvoltbatterie immer sofort deaktiviert wird. Andererseits können aber auch aus einer solchen sofortigen Deaktivierung der Hochvoltbatterie für einen Fahrer oder Insassen des Kraftfahrzeugs gefährliche Situationen resultieren, insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug an einer sehr verkehrsreichen und kritischen Position liegen bleibt. Ein weiterer Aspekt ergibt sich aus der Kombination von selbstfahrenden Fahrzeugen, das heißt autonomen Fahrzeugen, und der E-Mobilität. Hier wird die Fahraufgabe zukünftig vollständig vom Fahrzeug übernommen und der Fahrer kann zukünftig beliebige Nebentätigkeiten ausführen. In der finalen Ausbaustufe wird es möglich, dass der Fahrer beziehungsweise die Insassen schlafen, während das Fahrzeug vollständig autonom das Ziel ansteuert. Falls in diesem Szenario ein Liegenbleiber auftritt, ist es fraglich, ob ein Insasse kurz nach dem er aus dem Schlaf gerissen wird, die Risiken der aktuellen Situation gut genug einschätzen kann. Ein nicht ausreichend überdachtes Aussteigen auf einer viel befahrenen Straße kann zum Unfall bis hin zum Tod der betreffenden Personen oder anderer Beteiligter führen. Entsprechend ist es erstrebenswert, auch dieses Risiko, selbst bei einem Batteriebrand, so gering wie möglich zu halten.Since the prevention of the spread of a battery fire usually has priority in order to prevent the risk to occupants, known measures, such as those described above, always result in the motor vehicle becoming immediately unsuitable for driving, since the high-voltage battery is always deactivated immediately. On the other hand, such an immediate deactivation of the high-voltage battery can result in dangerous situations for a driver or occupant of the motor vehicle, in particular if the motor vehicle remains in a very busy and critical position. Another aspect results from the combination of self-driving vehicles, i.e. autonomous vehicles, and e-mobility. In the future, the driving task will be completely taken over by the vehicle and the driver can carry out any sideline work in the future. In the final stage of expansion, it becomes possible for the driver or the occupants to sleep while the vehicle is heading for the destination fully autonomously. If a breakdown occurs in this scenario, it is questionable whether an occupant can estimate the risks of the current situation well enough shortly after being woken from his sleep. Getting out of the car on a busy road with insufficient roofing can lead to an accident or even the death of the person concerned or other parties involved. Accordingly, it is desirable to keep this risk as low as possible, even in the event of a battery fire.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochvoltbatterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Sicherheit von Benutzern eines Kraftfahrzeugs bei einem Batteriebrand zu erhöhen.The object of the present invention is therefore to provide a high-voltage battery arrangement, a motor vehicle and a method for operating a high-voltage battery arrangement which make it possible to increase the safety of users of a motor vehicle in the event of a battery fire.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvoltbatterieanordnung, durch ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a high-voltage battery arrangement, by a motor vehicle and by a method for operating a high-voltage battery arrangement with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug ist zur Energieversorgung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgelegt. Weiterhin weist die Hochvoltbatterieanordnung mindestens ein erstes Batteriesegment und mindestens ein zweites Batteriesegment auf, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, sowie eine Detektionseinrichtung zumindest zur Detektion eines Brands des mindestens einen ersten und/oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments. Dabei weist die Hochvoltbatterieanordnung weiterhin eine Kopplungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, zumindest im Falle eines detektierten Brands des mindestens einen ersten Batteriesegments oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments das vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten Batteriesegments und des mindestens einen zweiten Batteriesegments elektrisch abzukoppeln, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments bereitstellbar ist.A high-voltage battery arrangement according to the invention for a motor vehicle is designed to supply energy to a drive unit of the motor vehicle. Furthermore, the high-voltage battery arrangement has at least one first battery segment and at least one second battery segment, which are arranged spatially separated from one another, and a detection device at least for detecting a fire of the at least one first and / or the at least one second battery segment. The high-voltage battery arrangement furthermore has a coupling device which is designed to at least in the event of a detected fire of the at least one first battery segment or the at least one second battery segment Electrically disconnect the battery segment affected by the fire from the group of the at least one first battery segment and the at least one second battery segment, so that the drive unit is only supplied with energy by the at least one other battery segment from the group of the at least one first and the at least one that is not affected by the fire second battery segment can be provided.

Somit wird es vorteilhafterweise durch die Erfindung ermöglicht, die Traktionsbatterie, insbesondere Hochvoltbatterie, eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs räumlich wie elektrisch in mehrere Segmente einzuteilen und bei Fehlern, inklusive Brand der Batterie, kann das betroffene Batteriesegment abgekoppelt werden und die Antriebseinheit durch das andere nicht betroffene Batteriesegment weiter betrieben werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine temporäre Weiterfahrt ermöglicht werden, da die restlichen, nicht vom Brand betroffenen Batteriesegmente die Versorgung des Hochvoltsystems übernehmen können. Somit kann also vorteilhafterweise durch das Abkoppeln des vom Brand betroffenen Batteriesegments eine sofortige Schutzmaßnahme eingeleitet werden, und andererseits können durch das Ermöglichen der temporären Weiterfahrt auch abrupte Liegenbleiber des Kraftfahrzeugs und die daraus resultierenden Gefahren vermieden werden. Dadurch wird es also vorteilhafterweise durch die Erfindung ermöglicht, trotz Batteriebrand eine temporäre Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, um das Kraftfahrzeug noch in eine vorteilhafte Parkposition zu bringen, die die Insassen beim Aussteigen möglichst wenig gefährdet. Somit kann die Sicherheit von Insassen und Benutzern des Kraftfahrzeugs deutlich gesteigert werden.Thus, the invention advantageously enables the traction battery, in particular the high-voltage battery, of an electric vehicle or hybrid vehicle to be divided spatially and electrically into several segments, and in the event of faults, including a fire in the battery, the affected battery segment can be disconnected and the drive unit by the other unaffected battery segment continue to be operated. This advantageously enables a temporary onward journey, since the remaining battery segments which are not affected by the fire can take over the supply of the high-voltage system. Thus, an immediate protective measure can advantageously be initiated by uncoupling the battery segment affected by the fire, and on the other hand, by enabling the temporary onward journey, abrupt stoppages of the motor vehicle and the resulting dangers can be avoided. As a result, it is advantageously made possible by the invention to enable the motor vehicle to continue to travel temporarily despite the battery fire in order to bring the motor vehicle into an advantageous parking position which as little as possible endangers the occupants when exiting. The safety of occupants and users of the motor vehicle can thus be significantly increased.

Das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment stellen dabei insgesamt eine Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs bereit oder stellen zumindest einen Teil dieser bereit. Diese Hochvoltbatterie kann dabei in nur zwei Segmente gegliedert sein, nämlich das erste Batteriesegment und das zweite Batteriesegment, oder die Hochvoltbatterie kann auch in mehr als nur zwei Batteriesegmente gegliedert sein und zum Beispiel mehrere erste Batteriesegmente sowie mehrere zweite Batteriesegmente aufweisen, die dann entsprechend ebenfalls voneinander räumlich separiert angeordnet sind.The at least one first battery segment and the at least one second battery segment provide a high-voltage battery of the motor vehicle as a whole or provide at least some of it. This high-voltage battery can be divided into only two segments, namely the first battery segment and the second battery segment, or the high-voltage battery can also be divided into more than just two battery segments and, for example, have a plurality of first battery segments and a plurality of second battery segments, which then also correspond to one another are arranged spatially separated.

Unter einer solchen räumlichen Separation wird zumindest verstanden, dass das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment nicht in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, sondern zum Beispiel in separaten Gehäusen und zudem voneinander beabstandet. Weitere thermische Isolationsmöglichkeiten, die ein Übergreifen eines Brands von einem Batteriesegment auf ein anderes verhindern oder zumindest eindämmen, werden später näher erläutert. Alle nachfolgenden Beispiele, die im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Batteriesegment erläutert werden, können ganz analog auch auf mehr als zwei Batteriesegmente analog angewandt werden.Such a spatial separation is at least understood to mean that the at least one first battery segment and the at least one second battery segment are not arranged in a common housing, but rather, for example, in separate housings and also spaced apart from one another. Further thermal insulation options that prevent or at least contain a fire from spreading from one battery segment to another will be explained in more detail later. All of the following examples, which are explained in connection with the first and second battery segments, can be applied analogously to more than two battery segments.

Weiterhin kann ein jeweiliges Batteriesegment zur Bereitstellung einer Hochvoltspannung ausgelegt sein. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest eines der Batteriesegmente eine deutlich niedrigere Spannung zur Verfügung stellt, wie dies ebenfalls später erläutert wird. Ein jeweiliges Batteriesegment umfasst dabei weiterhin mindestens eine Batteriezelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Zelle, vorzugsweise aber mehrere solcher Batteriezellen, die zum Beispiel in Reihe und/oder parallel geschaltet sein können.Furthermore, a respective battery segment can be designed to provide a high voltage. However, it is also conceivable that at least one of the battery segments provides a significantly lower voltage, as will also be explained later. A respective battery segment further comprises at least one battery cell, for example a lithium-ion cell, but preferably a plurality of such battery cells, which can be connected in series and / or in parallel, for example.

Die Detektionseinrichtung zur Detektion eines Brands kann wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgebildet sein und wird hier nicht näher beschrieben. Im einfachsten Fall kann ein solcher Brand zum Beispiel mit Hilfe eines Temperatursensors innerhalb des betreffenden Batteriesegments detektiert werden. Es gibt aber auch zahlreiche Kurzschlussdetektions- und Lichtbogendetektionseinrichtungen, die ebenso genutzt werden können.The detection device for detecting a fire can be designed as known from the prior art and is not described in detail here. In the simplest case, such a fire can be detected, for example, with the help of a temperature sensor within the relevant battery segment. However, there are also numerous short-circuit detection and arc detection devices that can also be used.

Die Detektionseinrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, sowohl einen Brand innerhalb des ersten Batteriesegments als auch einen Brand innerhalb des zweiten Batteriesegments zu detektieren. Eine temporäre Weiterfahrt wird insbesondere nur dann möglich, wenn nicht alle der Batteriesegmente gleichzeitig von einem Brand betroffen sind. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall, da es üblicherweise immer nur einen Brandherd gibt. Somit kann in den meisten Fällen eine temporäre Weiterfahrt durch die Erfindung ermöglicht werden. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen lässt sich jedoch nicht nur bei der Detektion eines Brands einsetzen, sondern kann ganz analog auch bei der Detektion anderer Fehlerfälle umgesetzt werden, wie zum Beispiel die Detektion eines Kurzschlusses, ein Sensorfehler zumindest eines einem Batteriesegment zugeordneten Sensors, ein Elektronikfehler, oder ähnliches. In zahlreichen Fehlerfällen können somit die beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden und insbesondere nur das betroffene Batteriesegment beziehungsweise die betroffenen Batteriesegmente abgekoppelt werden, während das oder die übrigen nicht betroffenen Batteriesegmente weiter die Antriebseinheit mit Energie versorgen, oder im Allgemeinen das Kraftfahrzeugbordnetz.The detection device is designed, in particular, to detect both a fire within the first battery segment and a fire within the second battery segment. A temporary onward journey is only possible if not all of the battery segments are affected by a fire at the same time. However, this is usually not the case, since there is usually only one source of fire. Thus, in most cases a temporary onward journey can be made possible by the invention. However, the invention and its embodiments can not only be used in the detection of a fire, but can also be implemented quite analogously in the detection of other fault cases, such as the detection of a short circuit, a sensor fault of at least one sensor assigned to a battery segment, an electronic fault, or similar. In numerous fault cases, the described safety measures can thus be taken and in particular only the battery segment or battery segments concerned can be disconnected, while the other battery segment (s) not affected continue to supply the drive unit with energy, or in general the motor vehicle electrical system.

Die Antriebseinheit stellt dabei vorzugsweise eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs dar. Auch eine Leistungselektronik wie zum Beispiel ein Pulswechselrichter kann zur Antriebseinheit gehörend angesehen werden.The drive unit preferably represents an electrical machine of the motor vehicle. Also power electronics such as, for example Pulse inverters can be viewed as belonging to the drive unit.

Für die Kopplungseinrichtung gibt es im Allgemeinen vielfältige Ausbildungsmöglichkeiten, die nachfolgend näher beschrieben werden. Im einfachsten Fall kann die Kopplungseinrichtung mehrere Schaltelemente, zum Beispiel elektronisch steuerbare Schalter oder Schütze, aufweisen, um eine entsprechende Kopplung und Entkopplung der betreffenden Batteriesegmente vorzunehmen.There are generally various training options for the coupling device, which are described in more detail below. In the simplest case, the coupling device can have a plurality of switching elements, for example electronically controllable switches or contactors, in order to carry out a corresponding coupling and decoupling of the relevant battery segments.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang, umfassend einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss, zueinander parallel geschaltet, wobei die Kopplungseinrichtung eine erste Kopplungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment vom ersten Ausgangsanschluss zu entkoppeln und mit diesem zu koppeln, und wobei die Kopplungseinrichtung weiterhin eine zweite Kopplungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment unabhängig vom zweiten Ausgangsanschluss zu entkoppein und mit diesem zu koppeln.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one first battery segment and the at least one second battery segment are connected in parallel with respect to an output that can be coupled to the drive unit, comprising a first output connection and a second output connection, the coupling device having a first coupling unit that is designed to decouple and couple the at least one first and the at least one second battery segment from the first output connection, and the coupling device further comprises a second coupling unit which is designed to connect the at least one first and the at least one second battery segment to be decoupled from and coupled to the second output connection.

Ein jeweiliger der beiden Ausgangsanschlüsse kann zum Beispiel einen Pol der Hochvoltbatterie breitstellen, zum Beispiel der erste Ausgangsanschluss einen Minuspol der Hochvoltbatterie und der zweite Ausgangsanschluss einen Pluspol der Hochvoltbatterie. Die beiden Ausgangsanschlüsse können beispielsweise auch durch Hochvoltschütze bereitgestellt sein, über welche die Hochvoltbatterie umfassend das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment vom restlichen Hochvoltbordnetz entkoppelbar sind und mit diesem koppelbar sind. Mit diesem Hochvoltbordnetz ist auch die Antriebseinheit, nämlich die Leistungselektronik zur Versorgung der E-Maschine des Kraftfahrzeugs, gekoppelt. Denkbar wäre es auch, die beiden Kopplungseinheiten, das heißt die mindestens eine erste und die mindesten eine zweite Kopplungseinheit anstelle der üblicherweise vorhandenen Hochvoltschütze vorzusehen.A respective one of the two output connections can, for example, provide a pole of the high-voltage battery, for example the first output connection a negative pole of the high-voltage battery and the second output connection a positive pole of the high-voltage battery. The two output connections can also be provided, for example, by high-voltage contactors, via which the high-voltage battery comprising the at least one first and the at least one second battery segment can be decoupled from the remaining high-voltage electrical system and can be coupled to it. The drive unit, namely the power electronics for supplying the electric machine of the motor vehicle, is also coupled to this high-voltage electrical system. It would also be conceivable to provide the two coupling units, that is to say the at least one first and the at least one second coupling unit instead of the high-voltage contactors which are usually present.

Durch die oben beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es nunmehr möglich, zum Beispiel zwei Zellstränge, von denen jeweils einer einem Batteriesegment zugeordnet ist, separat mit dem Pluspol der Hochvoltbatterie zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln. Ist also beispielsweise die elektrische Verbindung zwischen einem der beiden Batteriesegmente und dem betreffenden Pluspol der Hochvoltbatterie getrennt, so trägt dieses Batteriesegment auch nicht zur Versorgung des Hochvoltbordnetzes und damit nicht zur Versorgung der Antriebseinheit bei.The advantageous embodiment of the invention described above now makes it possible, for example, to separately couple or decouple two cell strings, one of which is assigned to a battery segment, to the positive pole of the high-voltage battery. If, for example, the electrical connection between one of the two battery segments and the relevant positive pole of the high-voltage battery is disconnected, this battery segment also does not contribute to supplying the high-voltage electrical system and thus not to supplying the drive unit.

Für die Ausbildung der jeweiligen ersten und zweiten Kopplungseinheit gibt es nun mehrere vorteilhafte Möglichkeiten. Umfasst die Hochvoltbatterie beispielsweise zwei Batteriesegmente, das erste und das zweite Batteriesegment, so kann die zweite Kopplungseinheit beispielsweise durch zwei Schaltelemente bereitgestellt sein, wobei ein jeweiliges der Schaltelemente einem jeweiligen der Batteriesegmente zugeordnet ist, und über dieses zugeordnete Schaltelemente entweder mit dem Pluspol der Batterie koppelbar ist oder von diesem Pluspol entkoppelbar ist. Diese Schaltelemente können zum Beispiel durch elektronisch steuerbare Schalter, wie zum Beispiel MOSFETs bereitgestellt sein oder auch durch Schütze. Diese Variante ist besonders einfach, effizient und kostengünstig.There are now several advantageous options for forming the respective first and second coupling units. If the high-voltage battery comprises, for example, two battery segments, the first and the second battery segment, the second coupling unit can be provided, for example, by two switching elements, a respective one of the switching elements being associated with a respective one of the battery segments, and via this associated switching elements either connectable to the positive pole of the battery is or can be decoupled from this positive pole. These switching elements can be provided, for example, by electronically controllable switches, such as MOSFETs, or also by contactors. This variant is particularly simple, efficient and inexpensive.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die zweite Kopplungseinheit zum Koppeln des mindestens einen ersten Batteriesegments und/oder der mindestens eine zweiten Batteriesegments mit dem zweiten Ausgangsanschluss und zum Entkoppeln vom zweiten Ausgangsanschluss mindestens eine Wandlereinrichtung, insbesondere einen DC/DC-Wandler, aufweist. Beispielsweise kann zwischen dem ersten Batteriesegment und dem Pluspol der Hochvoltbatterie ein einfacher Schalter angeordnet sein und zwischen dem zweiten Batteriesegment und dem Pluspol kann ein DC/DC-Wandler angeordnet sein. In einer weiteren Variante kann sowohl zwischen dem ersten Batteriesegment und dem Pluspol als auch zwischen dem zweiten Batteriesegment und dem Pluspol eine jeweilige Wandlereinrichtung, insbesondere ein jeweiliger DC/DC-Wandler angeordnet sein. Gleiches gilt natürlich auch, falls die Hochvoltbatterie mehr als nur zwei Batteriesegmente aufweist. Diese können dann jeweils über entweder einen Schalter oder eine solche Wandlereinrichtung mit dem betreffenden Pluspol der Hochvoltbatterie koppelbar sein und von diesem Pluspol entsprechend entkoppelbar sein. Dadurch sind vorteilhafterweise Konfigurationen unterschiedlicher Batterien beziehungsweise Batteriesegmente möglich, da die Strangspannungen, das heißt die von den jeweiligen Batteriesegmenten bereitgestellten Gesamtspannungen aufeinander angepasst beziehungsweise auf eine vorgegebene Ausgangsspannung mittels der Wandlereinrichtung gewandelt und damit angepasst werden können. Des Weiteren sind unterschiedliche Leistungsklassen und Batterietechnologien möglich, insbesondere in Kombination, da Anpassungen hinsichtlich Stromaufnahme, Spannungen und respektive Leistungsaufnahme von den zugeordneten Wandlereinrichtungen beeinflusst beziehungsweise bestimmt werden können. Beispielsweise ist es dadurch auch möglich, zumindest eines der Batteriesegmente als ein Hilfssegment auszubilden, mit deutlich verringerter Zellenanzahl und deutlich verringerter bereitstellbarer Gesamtspannung. Diese kann jedoch dennoch auch während des normalen Betriebs mit genutzt werden, indem die Wandlereinrichtung dann entsprechend diese geringere Spannung auf die vorgegebene Hochvoltspannung wandelt. Dadurch lässt sich ein solches Hilfssegment besonders kostengünstig ausgestalten und dessen Kapazitäten dennoch im normalen Betrieb ebenfalls mit nutzen. Auch gibt es zahlreiche Anwendungsfälle, in denen beispielsweise die Verwendung unterschiedlicher Leistungsklassen und Batterietechnologien vorteilhaft ist. So kann zum Beispiel ein Batteriesegment hinsichtlich Reichweite optimiert sein, ein anderes Batteriesegment hinsichtlich der Erbringung hoher Leistungen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer solchen Wandlereinrichtung anstelle eines Schaltelements besteht zudem auch darin, dass im Falle, dass nach einer Abkopplung eines Batteriesegments dieses Batteriesegment wieder zum restlichen Bordnetz zugeschaltet werden soll, dies mit einer herkömmlichen Schalteinrichtung nicht ohne weiteres möglich ist, da es sich bei stark unterschiedlichen Lage und Zuständen ungewollte und insbesondere auch gefährliche Ausgleichsströme ergeben können. Dieses Problem besteht jedoch bei der Verwendung einer Wandlereinrichtung nicht. Diese ermöglicht ein langsames Zuschalten eines abgekoppelten Batteriesegments und begrenzt damit solche Ausgleichsströme.However, it is particularly advantageous if the second coupling unit has at least one converter device, in particular a DC / DC converter, for coupling the at least one first battery segment and / or the at least one second battery segment to the second output connection and for decoupling from the second output connection. For example, a simple switch can be arranged between the first battery segment and the positive pole of the high-voltage battery, and a DC / DC converter can be arranged between the second battery segment and the positive pole. In a further variant, a respective converter device, in particular a respective DC / DC converter, can be arranged both between the first battery segment and the positive pole and between the second battery segment and the positive pole. The same applies, of course, if the high-voltage battery has more than just two battery segments. These can then be coupled to the relevant positive pole of the high-voltage battery via either a switch or such a converter device and can be uncoupled accordingly from this positive pole. As a result, configurations of different batteries or battery segments are advantageously possible, since the phase voltages, that is to say the total voltages provided by the respective battery segments, can be adapted to one another or converted to a predetermined output voltage by means of the converter device and thus adapted. Furthermore, different performance classes and battery technologies are possible, especially in combination, since adjustments regarding current consumption, voltages and respectively power consumption can be influenced or determined by the assigned converter devices. For example, this also makes it possible to design at least one of the battery segments as an auxiliary segment, with a significantly reduced number of cells and a significantly reduced total voltage that can be provided. However, this can also be used during normal operation, in that the converter device then converts this lower voltage accordingly to the predetermined high-voltage voltage. This enables such an auxiliary segment to be designed particularly cost-effectively, and yet its capacities can also be used in normal operation. There are also numerous applications in which, for example, the use of different performance classes and battery technologies is advantageous. For example, one battery segment can be optimized in terms of range, another battery segment in terms of high performance. Another advantage of using such a converter device instead of a switching element is also that if a battery segment is to be connected to the rest of the vehicle electrical system again after a battery segment has been disconnected, this is not readily possible with a conventional switching device, since it is possible in the case of widely differing positions and conditions, unwanted and, in particular, dangerous balancing currents can result. However, this problem does not exist when using a converter device. This enables a decoupled battery segment to be switched on slowly and thus limits such equalizing currents.

Die erste Kopplungseinheit weist dagegen vorzugsweise nur eines oder mehrere Schaltelemente, jedoch keine Wandlereinrichtung auf, da dies kostengünstiger ist und ohnehin überflüssig wäre. Auch hier können die Schaltelemente wiederum als elektronisch steuerbare Schalter und/oder Schütze ausgebildet sein.The first coupling unit, on the other hand, preferably has only one or more switching elements, but no converter device, since this is less expensive and would be superfluous anyway. Here, too, the switching elements can in turn be designed as electronically controllable switches and / or contactors.

Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die erste Kopplungseinheit nur eine erste Schalteinrichtung aufweist, mittels welcher das mindestens eine erste Batteriesegment nur zusammen mit dem mindesten einen zweiten Batteriesegment vom ersten Ausgangsanschluss entkoppelbar ist und mit diesem koppelbar ist, oder die erste Kopplungseinheit mehrere Schalteinrichtungen aufweist, wobei eine jeweilige der Schalteinrichtungen einem jeweiligen des mindestens einen ersten Batteriesegments und des mindestens einen zweiten Batteriesegments zugeordnet ist, so dass das mindestens eine erste Batteriesemgent und das mindestens eine zweite Batteriesegment über die jeweils zugeordnete Schalteinrichtung unabhängig voneinander vom ersten Ausgangsanschluss entkoppelbar sind und mit diesem koppelbar sind.Accordingly, it is a further advantageous embodiment of the invention if the first coupling unit has only one first switching device, by means of which the at least one first battery segment can only be decoupled from and coupled to the first output connection together with the at least one second battery segment, or the first Coupling unit has a plurality of switching devices, wherein a respective one of the switching devices is assigned to a respective one of the at least one first battery segment and the at least one second battery segment, so that the at least one first battery element and the at least one second battery segment can be decoupled independently of one another from the first output connection via the respectively assigned switching device are and can be coupled with this.

Die erste Variante hat dabei den großen Vorteil, dass nur ein einzelner Schalter zum Koppeln und Entkoppeln von zwei oder beliebig vielen Batteriesegmenten vom negativen Pol der Hochvoltbatterie erforderlich ist, was besonders bauraumeffizient und kostengünstig ist. allerdings kann hierdurch keine galvanisch Trennung der mindesten zwei Batteriesegmente, auch nicht im Brandfall, erreicht werden, was es erleichtert, dass sich Fehler des einen Batteriesegments, wie zum Beispiel Kurzschlussströme, auch auf das andere beziehungsweise die anderen Batteriesegmente auswirken. Entsprechend stellt die zweite Variante deutlich mehr Sicherheit bereit, da sie durch die jeweils zugeordneten Schaltelemente eine vollständige galvanische Trennung der defekten beziehungsweise vom Brand betroffenen Batteriesegmente von den übrigen noch intakten Batteriesegmenten ermöglicht.The first variant has the great advantage that only a single switch is required to couple and decouple two or any number of battery segments from the negative pole of the high-voltage battery, which is particularly space-efficient and cost-effective. however, this does not result in the galvanic isolation of the at least two battery segments, not even in the event of a fire, which makes it easier for faults in one battery segment, such as short-circuit currents, to have an effect on the other or the other battery segments. Accordingly, the second variant provides significantly more security, since the switching elements assigned in each case enable a complete electrical isolation of the defective or fire segments affected by the fire from the remaining battery segments that are still intact.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang, insbesondere den oben bereits beschriebenen Ausgang, umfassend wiederum einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss, zueinander in Serie geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse können wie oben bereits beschrieben ausgestaltet sein. Weiterhin ist in vorteilhafterweise eine erste Überbrückungsschaltung mittels der Kopplungseinrichtung parallel zum mindestens einen ersten Batteriesegment schaltbar, so dass das mindestens eine erste Batteriesegment überbrückt und dadurch entkoppelt ist, und wobei eine zweite Überbrückungsschaltung mittels der Kopplungseinrichtung parallel zum mindestens einen zweiten Batteriesegment schaltbar ist, so dass das mindestens eine zweite Batteriesegment überbrückt und dadurch entkoppelt ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one first battery segment and the at least one second battery segment are connected to one another in series with respect to an output that can be coupled to the drive unit, in particular the output already described above, in turn comprising a first output connection and a second output connection . The output connections can be configured as already described above. Furthermore, a first bridging circuit can advantageously be connected in parallel with the at least one first battery segment by means of the coupling device, so that the at least one first battery segment is bridged and thereby decoupled, and a second bridging circuit can be connected in parallel with the at least one second battery segment by means of the coupling device, so that the at least one second battery segment is bridged and thereby decoupled.

Mit anderen Worten kann eine Entkopplung eines der beiden oder der mehreren Batteriesegmente auch bereitgestellt werden, wenn die jeweiligen Batteriesegmente zueinander in Bezug auf den Ausgang in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Dies lässt sich auf einfache Weise durch die beschriebenen Überbrückungsschaltungen bewerkstelligen. Werden beispielsweise von zwei gleichartig ausgestalteten Batteriesegmenten eines dieser beiden Batteriesegmente weggeschaltet, insbesondere wie beschrieben überbrückt, so halbiert sich die Batteriespannung der Hochvoltbatterie. Die Hochvoltkomponenten, insbesondere die Antriebseinheit, inklusive der Antriebselektronik, die im Fehlerfrei noch funktionieren sollen, müssen entsprechend diesem erweiterten Spannungsbereich ausgelegt sein. Mit anderen Worten ist die Antriebseinheit und eventuell auch andere Verbraucher dazu ausgelegt, auch bei gegenüber der normalen definierten Hochvoltspannung verringerten Spannung betrieben zu werden. Alternativ oder zusätzlich könnte auch wiederum eine Kopplung über eine Wandlereinrichtung vorgesehen sein, die dann entsprechend die Ausgangsspannung auch bei überbrücktem Batteriesegment auf die normale Hochvoltbordnetzspannung wandelt.In other words, a decoupling of one of the two or more battery segments can also be provided if the respective battery segments are arranged in a series connection with respect to the output. This can be accomplished in a simple manner by means of the bridging circuits described. If, for example, one of these two battery segments is disconnected from two identically configured battery segments, in particular bridged as described, the battery voltage of the high-voltage battery is halved. The high-voltage components, in particular the drive unit, including the drive electronics, which are still supposed to work when there are no errors, must be designed in accordance with this extended voltage range. In other words, the drive unit and possibly also other consumers are designed to be operated even when the voltage is reduced compared to the normally defined high-voltage voltage. Alternatively or additionally, a coupling via a converter device could also be provided, which then converts the output voltage to the normal high-voltage electrical system voltage even when the battery segment is bridged.

So sind zahlreiche vorteilhafte Möglichkeiten bereitgestellt, die ein sicheres Abkoppeln eines Batteriesegments oder auch mehrerer von einem Brand betroffenen Batteriesegmente im Fehlerfall ermöglichen und eine Weiterfahrt auf Basis der noch funktionsfähigen und nicht vom Brand betroffenen Batteriesegmente bereitstellen, zumindest temporär.Numerous advantageous options are provided that enable a safe disconnection of a battery segment or even several battery segments affected by a fire in the event of a fault and provide a journey on the basis of the still functional battery segments that are not affected by the fire, at least temporarily.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hochvoltbatterieanordnung eine Kühleinrichtung auf, die einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelhauptpfad aufweist, der sich in mindestens einen ersten Teilpfad, welcher eine dem mindestens einen ersten Batteriesegment zugeordnete Kühleinheit durchläuft, und mindestens einen zweiten Teilpfad, der vom mindestens einem ersten Teilpfad separiert ist und eine zweite dem mindestens einen zweiten Batteriesegment zugeordneten Kühleinheit durchläuft, aufteilt, wobei der mindestens eine erste und zweite Teilpfad nach Durchlaufen der jeweils zugeordneten Kühleinheiten zum Kühlmittelhauptpfad zusammengeführt werden.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the high-voltage battery arrangement has a cooling device which has a coolant through which a coolant can flow, which leads into at least one first partial path, which runs through a cooling unit associated with the at least one first battery segment, and at least one second partial path, which is separated from the at least one first partial path and passes through a second cooling unit assigned to the at least one second battery segment, the at least one first and second partial path being brought together to form the main coolant path after passing through the respectively assigned cooling units.

Die Kühlmittelpfade durch die erste und zweite Kühleinheit sind damit vorteilhafterweise separiert, was gerade im Brandfall besonders vorteilhaft ist, sodass sich eine starke Erwärmung des Kühlmittels des vom Brand betroffenen Batteriesegments nicht oder zumindest nicht so schnell auf die Kühlung des anderen Batteriesegments auswirken kann. Durch diese Separation des Kühlsystems kann also vorteilhafterweise eine thermische Entkopplung vom Brandherd, das heißt von dem vom Brand betroffenen Batteriesegment, erfolgen. Der Kühlmittelhauptpfad sowie die jeweiligen Teilpfade können zum Beispiel durch Rohre beziehungsweise Kühlkanäle bereitgestellt sein. Insbesondere der erste und der zweite Teilpfad können als Kühlkanäle durch jeweilige die erste und zweite Kühleinheit bereitstellende Kühlplatten ausgebildet sein. Auch hier gilt entsprechendes wiederum für mehrere, das heißt mehr als zwei Batteriesegmente. Die Effizienz dieser thermischen Entkopplung des Kühlsystems kann durch folgende Maßnahmen noch weiter gesteigert werden.The coolant paths through the first and second cooling units are thus advantageously separated, which is particularly advantageous in the event of a fire, so that excessive heating of the coolant in the battery segment affected by the fire cannot or at least not so quickly affect the cooling of the other battery segment. This separation of the cooling system can therefore advantageously result in thermal decoupling from the source of the fire, that is to say from the battery segment affected by the fire. The main coolant path and the respective partial paths can be provided, for example, by pipes or cooling channels. In particular, the first and the second partial path can be designed as cooling channels through respective cooling plates that provide the first and second cooling units. The same applies here in turn to several, that is to say more than two, battery segments. The efficiency of this thermal decoupling of the cooling system can be increased even further by the following measures.

Gemäß dieser weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühleinrichtung derart ausgestaltet, dass zumindest im Falle eines detektierten Brand des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments der Kühlmittelfluss durch denjenigen Teilpfad, welcher die Kühleinheit durchläuft, die dem vom Brand betroffenen Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Batteriesegments zugeordnet ist, durch Schließen zumindest eines Ventils gesperrt wird. Vorzugsweise werden dabei sogar zwei Ventile, eines zu Beginn des betreffenden Teilpfads und eines am Ende des betreffenden Teilpfads geschlossen. Dadurch wird der Kühlmitteldurchfluss durch das vom Brand betroffene Batteriesegment beziehungsweise dessen Kühleinheit unterbunden, wodurch sich das durch den Brand stark erhitzte Kühlmittel nicht mehr mit dem übrigen Kühlmittel mischt, wodurch gerade die Kühlung für das oder die noch intakten Batteriesegmente deutlich effizienter betrieben werden kann.According to this further advantageous embodiment of the invention, the cooling device is designed in such a way that at least in the event of a detected fire in the at least one first or in the at least one second battery segment, the coolant flow through the partial path which passes through the cooling unit leads the battery segment from the group affected by the fire of the at least one first and at least one second battery segment is blocked by closing at least one valve. Preferably, even two valves are closed, one at the beginning of the relevant partial path and one at the end of the relevant partial path. As a result, the coolant flow through the battery segment affected by the fire or its cooling unit is prevented, as a result of which the coolant strongly heated by the fire no longer mixes with the other coolant, which means that the cooling for the still intact battery segment (s) can be operated significantly more efficiently.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Batteriesegment ein schwer entflammbares, thermisches Isolationsmaterial angeordnet. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise der Brandherd isolieren und die Funktionalität des intakten Batteriesegments im Falle des Brandes eines anderen Batteriesegments so lange wie möglich aufrechterhalten. Dabei können auch die Schaltelemente, die so genannte Battery Junction Box, sowie die Komponenten des Batteriemanagementsystems in einem separaten abgetrennten Segment untergebracht und von den übrigen Batteriesegmenten thermisch isoliert sein, sodass im Falle eines Brandes der Batteriesegmente solange wie möglich die Funktionalität der Schaltelemente und des Batteriemanagementsystems aufrecht erhalten werden kann. Zudem kann auch die komplette Hochvoltbatterie vom Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels passiver Brandschutzmaßnahmen, wie das beschriebene schwer entflammbare thermische Isolationsmaterial, separiert sein. Solche Materialien können zum Beispiel durch Mehrschichtfolien aus Polymeren und Metall bereitgestellt sein, oder mineralstoffbasierte feuerfeste Systems basierend auf Anschwellungs- beziehungsweise Ausdehnungseffekten oder anderen Effekten. Es können also nicht nur die einzelnen Batteriesegmente voneinander durch solche Materialien separiert sein, sondern beispielsweise auch in jeweils separaten Gehäusen bestehend aus solchen Materialien, wie schwer entflammbaren, brandhemmenden Materialien untergebracht sein. Als schwer entflammbare Materialien können zum Beispiel nach DIN 4102-1 alle Stoffe/Materialien verstanden werden, die nach dem Entfernen der Brandquelle von selbst erlöschen. Alternativ oder zusätzlich können auch aktive Feuerbekämpfungsmaßnahmen eingesetzt werden, wie zum Beispiel entsprechende Löschsysteme, wie diese ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind. derartige Löschsysteme können dann für die jeweiligen Batteriesegmente separat vorgesehen und ansteuerbar sein, sodass genau dasjenige Löschsystem aktiviert wird, welches den vom Brand betroffenen Batteriesegment zugeordnet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, a flame-retardant, thermal insulation material is arranged between the at least one first and the at least one second battery segment. This advantageously allows the source of the fire to be isolated and the functionality of the intact battery segment to be maintained as long as possible in the event of a fire in another battery segment. The switching elements, the so-called battery junction box, and the components of the battery management system can also be accommodated in a separate, separate segment and thermally insulated from the other battery segments, so that in the event of a fire in the battery segments, the functionality of the switching elements and the battery management system can be maintained for as long as possible can be maintained. In addition, the complete high-voltage battery can also be separated from the interior of the motor vehicle by means of passive fire protection measures, such as the flame-retardant thermal insulation material described. Such materials can be provided, for example, by multilayer films made of polymers and metal, or mineral-based refractory systems based on swelling or expansion effects or other effects. Not only can the individual battery segments be separated from one another by such materials, but, for example, they can also be accommodated in separate housings consisting of materials such as flame-retardant, fire-retardant materials. Flame-retardant materials can be understood, for example, according to DIN 4102-1, all substances that extinguish themselves after the fire source has been removed. As an alternative or in addition, active fire-fighting measures can also be used, such as corresponding extinguishing systems, as are also known from the prior art. Such extinguishing systems can then be separately provided and controlled for the respective battery segments, so that exactly that extinguishing system is activated which is assigned to the battery segment affected by the fire.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with an inventive one High-voltage battery arrangement or one of its configurations. The advantages mentioned for the high-voltage battery arrangement according to the invention and its configurations therefore apply in the same way to the motor vehicle according to the invention.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbatterieanordnung eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Die Hochvoltbatterieanordnung weist mindestens ein erstes und ein zweites Batteriesegment auf, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, wobei im Falle, dass ein Brands des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments detektiert wird, das vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments elektrisch abgekoppelt wird, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments bereitgestellt wird.Furthermore, the invention also relates to a method for operating a high-voltage battery arrangement for a motor vehicle, the high-voltage battery arrangement supplying a drive unit of the motor vehicle with energy. The high-voltage battery arrangement has at least a first and a second battery segment, which are arranged spatially separated from one another, in the event that a fire of the at least one first or the at least one second battery segment is detected, the battery segment affected by the fire from the group of the at least one the first and the at least one second battery segment are electrically decoupled, so that the drive unit is only supplied with energy by the at least one other battery segment from the group of the at least one first and the at least one second battery segment not affected by the fire.

Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterieanordnung und ihren Ausgestaltungen beschriebenen gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondieren Verfahrensschritte.Here, too, the advantages described for the high-voltage battery arrangement according to the invention and their embodiments apply in the same way to the method according to the invention. In addition, the objective features described in connection with the high-voltage battery arrangement according to the invention and their configurations enable further development of the method according to the invention by further corresponding method steps.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung mit separierten Teilpfaden für eine Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 7 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs mit einer Hochvoltbatterieanordnung und damit voneinander isolierten Batteriesegmenten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of a high-voltage battery arrangement according to a first embodiment of the invention;
  • 2nd a schematic representation of a high-voltage battery arrangement according to a second embodiment of the invention;
  • 3rd a schematic representation of a high-voltage battery arrangement according to a third embodiment of the invention;
  • 4th a schematic representation of a high-voltage battery arrangement according to a fourth embodiment of the invention;
  • 5 a schematic representation of a high-voltage battery arrangement according to a fifth embodiment of the invention;
  • 6 a schematic representation of a cooling device with separated partial paths for a high-voltage battery arrangement according to an embodiment of the invention; and
  • 7 is a schematic representation of a part of a motor vehicle with a high-voltage battery arrangement and thus isolated from each other battery segments according to an embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate elements that have the same function.

1 bis 5 zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Diese Hochvoltbatterieanordnung 10 wird im Folgenden auch kurz als Hochvoltbatterie 10 bezeichnet. Um die Verfügbarkeit zu steigern und trotz einzelnen Fehlern der Hochvoltbatterie 10, insbesondere einzelnen Fehlern der Zellen 12, von denen in 1 bis 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, sowie einzelnen Fehlern der Module eine weitere Funktionalität der Batterie 10 anzubieten, wird nun vorteilhafterweise die Hochvoltbatterie 10 in mehrere Segmente 14a, 14b unterteilt. Bei Fehlern in einem Segment 14a, 14b, insbesondere im Falle eines Brandes, kann das betreffende Segment entkoppelt und entsprechend abgeschaltet werden. Durch die übrigen noch funktionsfähigen Segmente 14a, 14b kann dann vorteilhafterweise das restliche HV-System oder ausgewählte Verbraucher, wie zum Beispiel eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, trotz der Fehlerabschaltung noch eine Funktion ausführen, wie zum Beispiel einen Notbetrieb hinsichtlich des Antriebs. Dies ermöglicht auch im Fehlerfall insbesondere im Falle eines Brandes noch eine temporäre Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs, welches somit an einer sicheren Parkposition abgestellt werden kann, an welcher das Aussteigen für Insassen ungefährlich ist. 1 to 5 each show schematic representations of a high-voltage battery arrangement 10 according to embodiments of the invention. This high-voltage battery arrangement 10 is also briefly referred to below as a high-voltage battery 10 designated. To increase availability and despite individual faults in the high-voltage battery 10 , in particular individual errors in the cells 12th , of which in 1 to 5 for reasons of clarity, only one is provided with a reference symbol, and individual module faults have a further functionality of the battery 10 offer, will now advantageously the high-voltage battery 10 in several segments 14a , 14b divided. If there are errors in a segment 14a , 14b , in particular in the event of a fire, the relevant segment can be decoupled and switched off accordingly. Through the remaining still functional segments 14a , 14b can then advantageously perform the rest of the HV system or selected consumers, such as a drive unit of the motor vehicle, despite the fault shutdown, such as an emergency operation with respect to the drive. In the event of a fault, in particular in the event of a fire, this also enables the motor vehicle to continue traveling temporarily, which is therefore safe Parking position can be parked at which getting out is safe for passengers.

Um eine solche Entkopplung einzelner Batteriesegmente 14a, 14b zu ermöglichen, sind mehrere Varianten möglich. Unterschiedliche Verschaltungsmöglichkeiten der jeweiligen Batteriesegmente 14a, 14b sind exemplarisch anhand von zwei Batteriesegmenten 14a, 14b in 1 bis 5 dargestellt. In 1 bis 4 sind die jeweiligen Batteriesegmente 14a, 14b bezüglich eines Ausgangs 16, umfassend einen ersten Ausgangsanschluss 16a sowie einen zweiten Ausgangsanschluss 16b, angeordnet. Dabei stellt der erste Ausgangsanschluss 16a einen Minuspol der Hochvoltbatterie 10 dar und der zweite Ausgangsanschluss 16b einen Pluspol der Hochvoltbatterie 10. Im ersten in 1 dargestellten Beispiel sind nunmehr die beiden Batteriesegmente 14a, 14b jeweils über eine erste Kopplungseinheit 18 unabhängig voneinander mit dem ersten Ausgangsanschluss 16a koppelbar und von diesem entkoppelbar. Zu diesem Zweck umfasst die erste Kopplungseinheit 18 zwei Schaltelemente von denen jeweils eines einem Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Weiterhin sind die beiden Batteriesegmente 14a, 14b auch über eine zweite Kopplungseinheit 20 unabhängig voneinander mit dem zweiten Ausgangsanschluss 16b koppelbar und von diesem entkoppelbar. Auch in diesem Beispiel umfasst die zweite Kopplungseinheit 20 zwei jeweilige Schaltelemente 20a, 20b, von denen jeweils eines einem entsprechenden Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Ist also beispielsweise das erste Batteriesegment 14a von einem Brand betroffen, so öffnen die Schaltelemente 20a und 18a und trennen somit das erste Batteriesegment 14a galvanisch vollständig vom zweiten Batteriesegment 14b und vom übrigen Bordnetz, wobei das übrige Bordnetz durch das zweite Batteriesegment 14b weiterhin mit Energie versorgt werden kann. Ist umgekehrt das zweite Batteriesegment 14b von einem Brand betroffen, so öffnen analog die Schaltelemente 20b, 18b und trennen somit vollständig dieses zweite Batteriesegment 14b vom ersten Batteriesegment 14a und vom übrigen Bordnetz ab, während das erste Batteriesegment 14a dieses Bordnetz über die Anschlüsse 16a, 16b weiterhin mit Energie versorgt. Da durch diese Variante eine vollständige galvanische Abkopplung eines von einem Brand betroffenen Batteriesegments 14a, 14b bereitgestellt werden kann, ist diese Variante auch besonders sicher.Such a decoupling of individual battery segments 14a , 14b To make possible, several variants are possible. Different connection options for the respective battery segments 14a , 14b are exemplary based on two battery segments 14a , 14b in 1 to 5 shown. In 1 to 4th are the respective battery segments 14a , 14b regarding an exit 16 , comprising a first output connection 16a and a second output connector 16b , arranged. The first output connection 16a a negative pole of the high-voltage battery 10 and the second output connector 16b a positive pole of the high-voltage battery 10 . In the first in 1 The example shown is now the two battery segments 14a , 14b each via a first coupling unit 18th independently of each other with the first output connector 16a can be coupled and uncoupled from this. For this purpose, the first coupling unit comprises 18th two switching elements, one of which is a battery segment 14a , 14b assigned. Furthermore, the two battery segments 14a , 14b also via a second coupling unit 20 independently of each other with the second output connector 16b can be coupled and uncoupled from this. In this example too, the second coupling unit comprises 20 two respective switching elements 20a , 20b , one of which corresponds to a corresponding battery segment 14a , 14b assigned. So, for example, is the first battery segment 14a affected by a fire, the switching elements open 20a and 18a and thus separate the first battery segment 14a completely galvanically from the second battery segment 14b and from the remaining electrical system, the remaining electrical system through the second battery segment 14b can still be supplied with energy. Conversely, is the second battery segment 14b affected by a fire, the switching elements open analogously 20b , 18b and thus completely separate this second battery segment 14b from the first battery segment 14a and from the rest of the electrical system, while the first battery segment 14a this electrical system via the connections 16a , 16b continues to be powered. Because this variant enables a complete galvanic decoupling of a battery segment affected by a fire 14a , 14b can be provided, this variant is also particularly secure.

Die schematisch in 2 dargestellte Hochvoltbatterie 10 ist ähnlich wie die Hochvoltbatterie 10 aus 1 aufgebaut, sodass im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben werden. Der Unterschied besteht hierbei insbesondere nur in der Ausbildung der ersten Kopplungseinheit 18, die in diesem Beispiel nur einen einzelnen Schalter 18c umfasst. Durch diesen einzelnen Schalter 18c können also entweder beide Batteriesegmente 14a, 14b gleichzeitig vom negativen Pol, das heißt vom ersten Anschluss 16a entkoppelt werden oder gleichzeitig mit diesem verbunden werden. Ist nun beispielsweise das zweite Batteriesegment von einem Brand betroffen, so öffnet lediglich der diesem Batteriesegment 14b zugeordnete Schalter 20b der zweiten Kopplungseinheit 20. Dadurch kann ebenfalls eine Entkopplung des vom Brand betroffenen Batteriesegments 14b bewirkt werden, jedoch keine vollständige galvanische Trennung. Nichtsdestoweniger ist bei dieser Variante vorteilhafterweise auf Seite des negativen Anschlusses 16a lediglich ein einzelner Schalter 18c, selbst bei beliebig vielen Batteriesegmenten 14a, 14b erforderl ich.The schematically in 2nd illustrated high-voltage battery 10 is similar to the high-voltage battery 10 out 1 constructed so that only the differences are described below. The difference here is in particular only the design of the first coupling unit 18th which in this example is only a single switch 18c includes. Through this single switch 18c can either both battery segments 14a , 14b at the same time from the negative pole, i.e. from the first connection 16a be decoupled or connected to it at the same time. If, for example, the second battery segment is affected by a fire, only this battery segment opens 14b assigned switches 20b the second coupling unit 20 . This can also decouple the battery segment affected by the fire 14b caused, but no complete galvanic isolation. Nevertheless, this variant is advantageously on the negative connection side 16a just a single switch 18c , even with any number of battery segments 14a , 14b I require.

3 zeigt eine Hochvoltbatterie 10, die wiederum ähnlich wie die zur 2 beschriebene ausgebildet ist, sodass im Folgenden wiederum nur die Unterschiede beschrieben werden. Hier ist nun eine der Schalteinrichtungen der zweiten Kopplungseinheit 20 als Wandlereinrichtung, insbesondere als DC/DC-Wandler 22 ausgebildet. Auch über einen solchen DC/DC-Wandler 22 kann das zugeordnete Batteriesegment, in diesem Beispiel das zweite Batteriesegment 14b mit dem zweiten Ausgangsanschluss 16b gekoppelt werden und von diesem entkoppelt werden. Im Beispiel in 4 umfasst die zweite Kopplungseinheit 20 zwei DC/DC-Wandler, wobei ein jeweiliger DC/DC-Wandler 22 einem jeweiligen Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Durch die Verwendung einer solchen Wandlereinrichtung 22 sind Konfigurationen unterschiedlicher Batterien möglich, da die Strangspannungen der einzelnen Batteriezellstränge angepasst werden können. Des Weiteren sind auch unterschiedliche Leistungsklassen und Batterietechnologien ermöglicht, die Anpassungen hinsichtlich Stromaufnahme, Spannungen und respektive Leistungsaufnahme können dann von den DC/DC-Wandlern 22 beeinflusst beziehungsweise bestimmt werden. Vor allem die in 4 dargestellte Variante ermöglicht zudem auch eine andere Hochvoltnetzspannung als es ohne Wandler durch die Hochvoltbatterie 10 möglich wäre. Mit anderen Worten kann die am Ausgang 16 bereitgestellte Gesamtspannung variiert werden. 3rd shows a high-voltage battery 10 which in turn are similar to those for 2nd is designed, so that again only the differences are described below. Here is one of the switching devices of the second coupling unit 20 as a converter device, in particular as a DC / DC converter 22 educated. Also via such a DC / DC converter 22 can the assigned battery segment, in this example the second battery segment 14b with the second output connector 16b be coupled and decoupled from it. In the example in 4th comprises the second coupling unit 20 two DC / DC converters, with a respective DC / DC converter 22 a respective battery segment 14a , 14b assigned. By using such a converter device 22 configurations of different batteries are possible, since the string voltages of the individual battery cell strings can be adjusted. Furthermore, different performance classes and battery technologies are also possible, the adjustments regarding current consumption, voltages and respectively power consumption can then be made by the DC / DC converters 22 influenced or determined. Especially the in 4th The variant shown also enables a different high-voltage mains voltage than it does without a converter due to the high-voltage battery 10 it is possible. In other words, the exit 16 provided total voltage can be varied.

5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Hochvoltbatterie 10, gemäß welchem nun die beiden Batteriesegmente 14a, 14b zueinander in Bezug auf den Ausgang 16 in Reihe geschaltet sind. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 in diesem Beispiel eine erste Überbrückungsschaltung 24a, mittels welcher das erste Batteriesegment 14a überbrückbar ist, sowie eine zweite Überbrückungsschaltung 24b, mittels welcher das zweite Batteriesegment 14b überbrückbar ist. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 wiederum eine minuspolseitige Kopplungseinheit 18, sowie eine pluspolseitige Kopplungseinheit 20. Diese beiden Kopplungseinheiten 18, 20 umfassen jeweils wiederum jeweils zwei Schalteinrichtungen 18a, 18b sowie 20a, 20b. Über die Schalteinrichtungen 18a und 20a ist die Reihenschaltung der beiden Batteriesegmente 14a, 14b mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 16a, 16b koppelbar und von diesen entkoppelbar. Parallel dazu und einen Teil der beiden Überbrückungsschaltungen 24a, 24b bildend ist eine elektrische Leitung 24 mit einem Mittelabgriff 26, der die Leitung 24 mit einem Punkt zwischen dem ersten und zweiten Batteriesegment 14a, 14b verbindet. Soll nun beispielsweise das erste Batteriesegment 14a, wenn dieses von einem Brand betroffen ist, überbrückt werden, so werden die Schalteinrichtungen 18a und 20b geschlossen und die Schalteinrichtungen 18b und 20a geöffnet. Soll umgekehrt im Brandfall das zweite Batteriesegment 14b überbrückt werden, so werden die Schalter 18b und 20a geschlossen und die Schalter 18a und 20b geöffnet. Wird eines dieser Batteriesegmente 14a, 14b entkoppelt, so halbiert sich in diesem Beispiel die Batteriespannung der Hochvoltbatterie 10 und in einem allgemeinen Fall reduziert sich diese um die Teilspannung, die durch das entkoppelte Batteriesegment 14a beziehungsweise 14b bereitgestellt wird. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die über die restlichen, noch intakten Batteriesegmente 14a, 14b versorgten Hochvoltkomponenten so ausgelegt sind, dass diese auch durch eine reduzierte Spannung betreibbar sind. 5 shows another example of a high-voltage battery 10 , according to which now the two battery segments 14a , 14b to each other in relation to the exit 16 are connected in series. The high-voltage battery also includes 10 in this example a first bypass circuit 24a , by means of which the first battery segment 14a can be bridged, and a second bridging circuit 24b , by means of which the second battery segment 14b can be bridged. The high-voltage battery also includes 10 again a coupling unit on the minus pole side 18th , as well as a positive pole coupling unit 20 . These two coupling units 18th , 20 each comprise two switching devices 18a , 18b such as 20a , 20b . About the switching devices 18a and 20a is the series connection of the two battery segments 14a , 14b with the respective output connections 16a , 16b can be coupled and uncoupled from them. In parallel and part of the two bridging circuits 24a , 24b is an electrical line 24th with a center tap 26 who is the lead 24th with a point between the first and second battery segments 14a , 14b connects. Now, for example, the first battery segment 14a If this is bridged by a fire, the switching devices 18a and 20b closed and the switching devices 18b and 20a open. Conversely, in the event of a fire, the second battery segment 14b are bridged, so are the switches 18b and 20a closed and the switches 18a and 20b open. Becomes one of these battery segments 14a , 14b decoupled, the battery voltage of the high-voltage battery is halved in this example 10 and in a general case this is reduced by the partial voltage caused by the decoupled battery segment 14a or 14b is provided. Accordingly, it is advantageous if the battery segments remaining intact are still intact 14a , 14b supplied high-voltage components are designed so that they can also be operated with a reduced voltage.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung 28 für eine Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie bereits beschrieben, wird bei der Detektion eines Brands mittels Branddetektionsmitteln, zum Beispiel Temperatursensoren in der Batterie 10, das betroffene Batteriesegment 14a, 14b elektrisch getrennt, zum Beispiel wie zuvor beschrieben. Um nun auch ein thermisches Übersprechen zwischen Batteriesegmenten 14a, 14b zu verhindern oder zumindest zu verzögern, ist es besonders vorteilhaft, wenn auch die Kühlung der beiden Batteriesegmente 14a, 14b voneinander separiert ist. Dies wird nun wiederum anhand des Beispiels von zwei Batteriesegmenten 14a, 14b erläutert. Jedem dieser beiden Batteriesegmente 14a, 14b ist, wie in 6 dargestellt, eine jeweiligen Kühleinheit zugeordnet, welche in diesem Beispiel als von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlplatte 30a, 30b ausgebildet ist. Diese Kühlplatten 30a, 30b sind dabei von jeweiligen Kühlkanälen 32a, 32b durchzogen. Diese Kühlkanäle 32a, 32b sind dabei Teil jeweiliger Teilpfade 34a, 34b, die den jeweiligen Batteriesegmenten 14a, 14b zugeordnet sind. Die Kühleinrichtung 28 umfasst weiterhin einen Kühlmittelhauptpfad 34, der sich entsprechend in diese Teilpfade 34a, 34b aufteilt, die jeweiligen Kühlplatten 30a, 30b als Kühlkanäle 32a, 32b durchläuft, die nach dem Durchlaufen dieser Kühlplatten 30a, 30b wieder zum Kühlmittelhauptpfad 34 zusammengeführt sind. Dieses in den Kühlmittelhauptpfad nach Durchlaufen der jeweiligen Kühlplatten 30a, 30b ausströmende Kühlmittel kann dann entsprechend wiederum abgekühlt werden und erneut diesem Kühlkreislauf zugeführt werden. Die Beförderung des Kühlmittels erfolgt durch eine Kühlmittelpumpe 35. 6 shows a schematic representation of a cooling device 28 for a high-voltage battery arrangement 10 according to an embodiment of the invention. As already described, when a fire is detected by means of fire detection means, for example temperature sensors in the battery 10 , the affected battery segment 14a , 14b electrically isolated, for example as previously described. Now thermal crosstalk between battery segments 14a , 14b To prevent or at least delay, it is particularly advantageous if the cooling of the two battery segments 14a , 14b is separated from each other. This is again based on the example of two battery segments 14a , 14b explained. Each of these two battery segments 14a , 14b is like in 6 shown, assigned to a respective cooling unit, which in this example is a cooling plate through which a coolant can flow 30a , 30b is trained. These cooling plates 30a , 30b are from respective cooling channels 32a , 32b pulled through. These cooling channels 32a , 32b are part of the respective partial paths 34a , 34b that the respective battery segments 14a , 14b assigned. The cooling device 28 further includes a main coolant path 34 , which is accordingly in these subpaths 34a , 34b divides the respective cooling plates 30a , 30b as cooling channels 32a , 32b goes through that after going through these cooling plates 30a , 30b back to the main coolant path 34 are merged. This into the main coolant path after passing through the respective cooling plates 30a , 30b outflowing coolant can then be cooled again accordingly and fed to this cooling circuit again. The coolant is transported by a coolant pump 35 .

Wie dargestellt sind diese beiden den jeweiligen Batteriesegmenten 14a, 14b zugeordneten Teilpfade 34a, 34b des Kühlmittels voneinander separiert, wodurch ein thermisches Überspringen auch im Brandfall in einem der beiden Batteriesegmente 14a, 14b erschwert wird. Dies ist dadurch begründet, dass das durch den Brand erhitzte Kühlmittel des betreffenden Teilpfads 34a, 34b nach dessen Erwärmung nicht unmittelbar den anderen der beiden Teilpfade 34a, 34b durchläuft, sondern zuerst gekühlt wird. Eine weitere Steigerung der thermische Entkopplung kann vorteilhafterweise noch dadurch erreicht werden, dass bei der Detektion eines Brands in einem der beiden Batteriesegmente 14a, 14b der zugeordnete Kühlmittelteilpfad 34a, 34b vollständig deaktiviert wird, das heißt nicht mehr von Kühlmittel durchströmt wird. Dies kann durch die jeweiligen Ventile 36a, 36b, 38a, 38b bewerkstelligt werden. Zur Ansteuerung dieser Ventile 36a, 36b, 38a, 38b ist eine Steuereinrichtung 40 vorgesehen. Ist also beispielsweise das erste Batteriesegment 14a, welches zum ersten Teilpfad 34a korrespondiert, von einem Brand betroffen, so werden das Eingangsventil 36a sowie das Ausgangsventil 38a geschlossen, während die beiden anderen Ventile 36b, 38b weiterhin geöffnet bleiben. Das Kühlmittel durchströmt somit nur noch den Kühlmittelhauptpfad 34 sowie den zweiten Teilpfad 34b und die Kühlung des zweiten Batteriesegments 14b wird nicht negativ durch das erhitzte Kühlmittel, welches sich noch im ersten Teilpfad 34a zwischen den geschlossenen Ventilen 36a, 38a befindet, beeinflusst. Die jeweiligen Ventile 36a, 36b, 38a, 38b können zum Beispiel als Sperrventile ausgestaltet sein. Durch diese vorteilhafte Ausbildung der Kühleinrichtung 28 wird ein erheblich geringerer Anteil der Wärme der „abgeschalteten“ Kühlplatte 30a beziehungsweise 30b im Kühlsystem, das heißt der Kühleinrichtung 28, verteilt und die Kühlung des noch intakten Batteriesegments 14a beziehungsweise 14b kann effektiver weiter betrieben werden.As shown, these two are the respective battery segments 14a , 14b assigned partial paths 34a , 34b of the coolant separated from each other, which means that thermal skipping in the event of fire in one of the two battery segments 14a , 14b is difficult. This is due to the fact that the coolant of the relevant partial path heated by the fire 34a , 34b after its warming, not immediately the other of the two partial paths 34a , 34b passes through, but is cooled first. A further increase in the thermal decoupling can advantageously be achieved in that when a fire is detected in one of the two battery segments 14a , 14b the assigned coolant subpath 34a , 34b is completely deactivated, which means that coolant no longer flows through it. This can be done through the respective valves 36a , 36b , 38a , 38b be accomplished. To control these valves 36a , 36b , 38a , 38b is a control device 40 intended. So, for example, is the first battery segment 14a , which leads to the first partial path 34a corresponds, affected by fire, so the inlet valve 36a as well as the outlet valve 38a closed while the other two valves 36b , 38b remain open. The coolant thus only flows through the main coolant path 34 as well as the second partial path 34b and cooling the second battery segment 14b is not negatively affected by the heated coolant, which is still in the first partial path 34a between the closed valves 36a , 38a is affected. The respective valves 36a , 36b , 38a , 38b can for example be designed as check valves. This advantageous design of the cooling device 28 becomes a significantly lower proportion of the heat of the "switched off" cooling plate 30a respectively 30b in the cooling system, i.e. the cooling device 28 , distributed and the cooling of the still intact battery segment 14a respectively 14b can be operated more effectively.

Um ein thermisches Überspringen und ein Ausbreiten des in zumindest einem der Batteriesegmente 14a, 14b vorhandenen Brands zu verhindern oder zu erschweren, können noch weitere vorteilhafte Maßnahmen getroffen werden, die nun im Zusammenhang mit 7 erläutert werden. 7 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs 42, insbesondere einen Teil des Fahrgastraums, sowie wiederum eine schematische Darstellung der Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochvoltbatterie 10 weist in diesem Beispiel wiederum exemplarisch zwei Batteriesegmente 14a und 14b auf. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 auch eine so genannte Battery Junction Box mit diversen Schaltelementen, zum Beispiel den Hochvoltschützen, und den beschriebenen Kopplungseinheiten 18, 20, Sicherungen und diverse andere Anschlüsse, sowie ein Batteriemanagementsystem. Diese Komponenten sind dabei in einem dritten Segment 44 untergebracht, welches ebenfalls von den übrigen Batteriesegmenten 14a, 14b räumlich separiert ist. Bis auf die notwendige elektrische Leistung der Verbindung zwischen den jeweiligen Segmenten 14a, 14b, 44 besteht also keinerlei Kontakt zwischen diesen Segmenten 14a, 14b, 44. Insbesondere können diese in jeweiligen zugeordneten Gehäusen angeordnet sein, die zusätzlich durch flammhemmende und thermisch isolierende Materialien voneinander separiert sind. Diese thermische Isolation mit integriertem Brandschutz ist in 7 mit 46 bezeichnet. Dieser passive Feuerschutz kann nicht nur die einzelnen Batteriesegmente 14a, 14b, 44 voneinander thermisch entkoppeln, sondern zusätzlich auch eine thermische Entkopplung zum Fahrgastraum 42a bereitstellen. Durch diese thermische Isolation 46 kann im Falle eines Brandes der Batteriesegmente 14a, 14b, beziehungsweise eines der Batteriesegmente 14a, 14b das andere der Batteriesegmente 14a, 14b sowie auch die Funktionalität der Schaltelemente und des Batteriemanagementsystems im dritten Batteriesegment 44 solange wie möglich aufrechterhalten werden. Zusätzlich können auch Löschsysteme oder weitere Kühlsysteme implementiert werden, welche auch den Brand direkt bekämpfen können.For thermal skipping and spreading in at least one of the battery segments 14a , 14b To prevent or complicate existing brands, other advantageous measures can now be taken, which are now in connection with 7 are explained. 7 shows a schematic representation of a part of a motor vehicle 42 , in particular a part of the passenger compartment, and again a schematic representation of the high-voltage battery arrangement 10 according to an embodiment of the invention. The high-voltage battery 10 in this example again shows two battery segments 14a and 14b on. The high-voltage battery also includes 10 also a so-called battery junction box with various switching elements, for example the high-voltage contactors, and the described coupling units 18th , 20 , Fuses and various other connections, as well as a battery management system. These components are in a third segment 44 housed, which is also from the other battery segments 14a , 14b is spatially separated. Except for the necessary electrical power of the connection between the respective segments 14a , 14b , 44 there is no contact between these segments 14a , 14b , 44 . In particular, these can be arranged in respective assigned housings, which are additionally separated from one another by flame-retardant and thermally insulating materials. This thermal insulation with integrated fire protection is in 7 With 46 designated. This passive fire protection can not only the individual battery segments 14a , 14b , 44 thermally decouple from each other, but also a thermal decoupling from the passenger compartment 42a provide. This thermal insulation 46 can in case of fire of the battery segments 14a , 14b , or one of the battery segments 14a , 14b the other of the battery segments 14a , 14b as well as the functionality of the switching elements and the battery management system in the third battery segment 44 be maintained as long as possible. In addition, extinguishing systems or other cooling systems can also be implemented, which can also fight the fire directly.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Konzept zur temporären Weiterfahrt eines Elektrofahrzeugs trotz Batteriebrand bereitgestellt werden kann, wobei insbesondere die Traktionsbatterie eines E-Fahrzeugs räumlich wie elektrisch in mehrere Segmente eingeteilt wird. Bei Fehlern, inklusive Brand der Batterie, kann das betroffene Batteriesegment abgekoppelt werden und es kann eine temporäre Weiterfahrt ermöglicht werden, da die restlichen Batteriesegmente die Versorgung des Hochvoltsystems übernehmen. Zur thermischen Entkopplung des Brandherdes kann zudem das Kühlsystem separiert sowie der Brand durch aktive und passive Brandschutzmaßnahmen zeitlich verzögert werden. Insgesamt kann durch dieses Konzept die Sicherheit im Kraftfahrzeug deutlich erhöht werden.Overall, the examples show how the invention can provide a concept for temporarily continuing an electric vehicle despite a battery fire, with the traction battery of an electric vehicle in particular being divided spatially and electrically into several segments. In the event of faults, including a fire in the battery, the affected battery segment can be disconnected and a temporary onward journey can be made possible since the remaining battery segments take over the supply of the high-voltage system. For thermal decoupling of the source of the fire, the cooling system can also be separated and the fire can be delayed by active and passive fire protection measures. Overall, this concept can significantly increase safety in the motor vehicle.

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Claims (10)

Hochvoltbatterieanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (42), wobei die Hochvoltbatterieanordnung (10) zur Energieversorgung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs (42) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Hochvoltbatterieanordnung (10) mindestens ein erstes und ein zweites Batteriesegment (14a, 14b) aufweist, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, - wobei die Hochvoltbatterieanordnung (10) eine Detektionseinrichtung zumindest zur Detektion eines Brands des mindestens einen ersten und/oder zweiten Batteriesegments (14a, 14b) aufweist; - wobei die Hochvoltbatterieanordnung (10) eine Kopplungseinrichtung (18, 20) aufweist, die dazu ausgelegt ist, zumindest im Falle eines detektierten Brands des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) das vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) elektrisch abzukoppeln, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) bereitstellbar ist.High-voltage battery arrangement (10) for a motor vehicle (42), the high-voltage battery arrangement (10) being designed to supply energy to a drive unit of the motor vehicle (42), characterized in that - the high-voltage battery arrangement (10) has at least a first and a second battery segment (14a, 14b ) which are spatially separated from one another, - the high-voltage battery arrangement (10) having a detection device at least for detecting a fire of the at least one first and / or second battery segment (14a, 14b); - The high-voltage battery arrangement (10) has a coupling device (18, 20) which is designed, at least in the event of a detected fire of the at least one first or at least one second battery segment (14a, 14b), to affect the battery segment (14a, 14b) from the group of the at least one first and the at least one second battery segment (14a, 14b), so that power is supplied to the drive unit only by the at least one other battery segment (14a, 14b) not affected by the fire from the group of at least one first and at least one second battery segment (14a, 14b) can be provided. Hochvoltbatterieanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Batteriesegment (14a) und das mindestens eine zweite Batteriesegment (14b) in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang (16), umfassend einen ersten Ausgangsanschluss (16a) und einen zweiten Ausgangsanschluss (16b), zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Kopplungseinrichtung (18, 20) eine erste Kopplungseinheit (18) aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment (14a, 14b) vom ersten Ausgangsanschluss (16a) zu entkoppeln und mit diesem zu koppeln, und wobei die Kopplungseinrichtung (18, 20) eine zweite Kopplungseinheit (20) aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment (14a, 14b) unabhängig voneinander vom zweiten Ausgangsanschluss (16b) zu entkoppeln und mit diesem zu koppeln.High-voltage battery arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that the at least one first battery segment (14a) and the at least one second battery segment (14b) with respect to an output (16) which can be coupled to the drive unit, comprising a first output connection (16a) and a second output connection (16b), are connected in parallel with one another, the coupling device (18, 20) having a first coupling unit (18) which is designed to decouple the at least one first and the at least one second battery segment (14a, 14b) from the first output connection (16a) and to couple with this, and wherein the coupling device (18, 20) has a second coupling unit (20) which is designed to independently of the at least one first and the at least one second battery segment (14a, 14b) from the second output terminal (16b) to decouple and to couple with this. Hochvoltbatterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kopplungseinheit (20) zum Koppeln des mindestens einen ersten Batteriesegments (14a) und/oder des mindestens eine zweiten Batteriesegments (14b) mit dem zweiten Ausgangsanschluss (16b) und zum Entkoppeln vom zweiten Ausgangsanschluss (16b) mindestens eine Wandlereinrichtung (22) aufweist.High-voltage battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second coupling unit (20) for coupling the at least one first battery segment (14a) and / or the at least one second battery segment (14b) to the second output connection (16b) and Decoupling from the second output connection (16b) has at least one converter device (22). Hochvoltbatterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (18) nur eine erste Schalteinrichtung (18c) aufweist, mittels welcher das mindestens eine erste Batteriesegment (14a) nur zusammen mit dem mindesten einen zweiten Batteriesegment (14b) vom ersten Ausgangsanschluss (16a) entkoppelbar ist und mit diesem koppelbar ist, oder die erste Kopplungseinheit (18) mehrere Schalteinrichtungen (18a, 18b) aufweist, wobei eine jeweilige der Schalteinrichtungen (18a, 18b) einem jeweiligen des mindestens einen ersten Batteriesegments (14a) und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14b) zugeordnet ist, so dass das mindestens eine erste Batteriesemgent (14a) und das mindestens eine zweite Batteriesegment (14b) über die jeweils zugeordnete Schalteinrichtung (18a, 18b) unabhängig voneinander vom ersten Ausgangsanschluss (16a) entkoppelbar sind und mit diesem koppelbar sind.High-voltage battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling unit (18) has only a first switching device (18c), by means of which the at least one first battery segment (14a) only together with the at least one second battery segment (14b) can be decoupled from and coupled to the first output connection (16a), or the first coupling unit (18) has a plurality of switching devices (18a, 18b), a respective one of the switching devices (18a, 18b) corresponding to one of the at least one first battery segment (14a) and is assigned to the at least one second battery segment (14b), so that the at least one first battery element (14a) and the at least one second battery segment (14b) can be decoupled independently of one another from the first output connection (16a) via the respectively assigned switching device (18a, 18b) are and can be coupled with this. Hochvoltbatterieanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Batteriesegment (14a) und das mindestens eine zweite Batteriesegment (14b) in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang, umfassend einen ersten Ausgangsanschluss (16a) und einen zweiten Ausgangsanschluss (16b), zueinander in Serie geschaltet sind, wobei eine erste Überbrückungsschaltung (24a) mittels der Kopplungseinrichtung (18, 20) parallel zum mindestens einen ersten Batteriesegment (14a) schaltbar ist, so dass das mindestens eine erste Batteriesemgent (14a) überbrückt und dadurch entkoppelt ist, und wobei eine zweite Überbrückungsschaltung (24b) mittels der Kopplungseinrichtung (18, 20) parallel zum mindestens einen zweiten Batteriesegment (14b) schaltbar ist, so dass das mindestens eine zweite Batteriesegment (14b) überbrückt und dadurch entkoppelt ist.High-voltage battery arrangement (10) after Claim 1 , characterized in that the at least one first battery segment (14a) and the at least one second battery segment (14b) with respect to an output that can be coupled to the drive unit, comprising a first output connection (16a) and a second output connection (16b), in series with one another are connected, wherein a first bridging circuit (24a) can be connected in parallel with the at least one first battery segment (14a) by means of the coupling device (18, 20), so that the at least one first battery element (14a) is bridged and thereby decoupled, and a second Bridging circuit (24b) can be connected in parallel with the at least one second battery segment (14b) by means of the coupling device (18, 20), so that the at least one second battery segment (14b) is bridged and thereby decoupled. Hochvoltbatterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltbatterieanordnung (10) eine Kühleinrichtung (28) aufweist, die einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelhauptpfad (34) aufweist, der sich in mindestens einen ersten Teilpfad (34a), welcher eine dem mindestens einen ersten Batteriesegment (14a) zugeordnete Kühleinheit (30a) durchläuft, und mindestens einen zweiten Teilpfad (34b), der vom mindestens einen ersten Teilpfad (34a) separiert ist und eine zweite dem mindestens einen zweiten Batteriesegment (14b) zugeordneten Kühleinheit (30b) durchläuft, aufteilt, wobei der mindestens eine erste und zweite Teilpfad (34a, 34b) nach Durchlaufen der jeweils zugeordneten Kühleinheiten (30a, 30b) zum Kühlmittelhauptpfad (34) zusammengeführt werden.High-voltage battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the high-voltage battery arrangement (10) has a cooling device (28) which has a coolant through which a coolant main path (34), which is in at least a first partial path (34a), which passing through a cooling unit (30a) assigned to the at least one first battery segment (14a), and at least one second partial path (34b) which is separated from the at least one first partial path (34a) and a second cooling unit (14b) assigned to the at least one second battery segment (14b) 30b), divides, the at least one first and second partial path (34a, 34b) being brought together to form the main coolant path (34) after passing through the respectively assigned cooling units (30a, 30b). Hochvoltbatterieanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (28) derart ausgestaltet ist, dass zumindest im Falle eines detektierten Brands des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14b) der Kühlmittelfluss durch denjenigen Teilpfad (34a, 34b), welcher die Kühleinheit (30a, 30b) durchläuft, die dem vom Brand betroffenen Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14b) zugeordnet ist, durch Schließen zumindest eines Ventils (36a, 36b, 38a, 38b) gesperrt wird.High-voltage battery arrangement (10) after Claim 6 , characterized in that the Cooling device (28) is configured such that at least in the event of a detected fire of the at least one first or at least one second battery segment (14b), the coolant flow through the partial path (34a, 34b) which the cooling unit (30a, 30b) passes through the battery segment (14a, 14b) from the group of at least one first and at least one second battery segment (14b) affected by the fire is blocked by closing at least one valve (36a, 36b, 38a, 38b). Hochvoltbatterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Batteriesegment (14a, 14b) ein schwer entflammbares thermisches Isolationsmaterial (46) angeordnet ist.High-voltage battery arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a flame-retardant thermal insulation material (46) is arranged between the at least one first and the at least one second battery segment (14a, 14b). Kraftfahrzeug (42) mit einer Hochvoltbatterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle (42) with a high-voltage battery arrangement (10) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (42), wobei die Hochvoltbatterieanordnung (10) eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs (42) mit Energie versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Hochvoltbatterieanordnung (10) mindestens ein erstes und ein zweites Batteriesegment (14a, 14b) aufweist, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, - wobei im Falle, dass ein Brand des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) detektiert wird, das vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) elektrisch abgekoppelt wird, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment (14a, 14b) aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments (14a, 14b) bereitgestellt wird.Method for operating a high-voltage battery arrangement (10) for a motor vehicle (42), the high-voltage battery arrangement (10) supplying a drive unit of the motor vehicle (42) with energy, characterized in that - the high-voltage battery arrangement (10) has at least a first and a second battery segment ( 14a, 14b), which are spatially separated from one another, - in the event that a fire of the at least one first or at least one second battery segment (14a, 14b) is detected, the battery segment (14a, 14b) affected by the fire the group of the at least one first and the at least one second battery segment (14a, 14b) is electrically decoupled, so that the drive unit is only supplied with energy by the at least one other battery segment (14a, 14b) from the group of the at least one that is not affected by the fire first and at least one second battery segment (14a, 14b) is provided.
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