DE102020116417A1

DE102020116417A1 - Abschalteinrichtung mit Druckschalter, Traktionsbatterie sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020116417A1
Application number: DE102020116417.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Koenigs; Johannes Fender
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschalteinrichtung (7) für eine Traktionsbatterie (1) eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine pyrotechnische Zündeinheit (8) zum Unterbrechen eines Laststrompfades (6) der Traktionsbatterie (1), eine Energiespeichereinheit (9) zum Bereitstellen einer Zündenergie für die pyrotechnische Zündeinheit (8) und einen Druckschalter (10), welcher elektrisch mit der pyrotechnischen Zündeinheit (8) und mit der Energiespeichereinheit (9) verbunden ist und welcher durch einen fehlerbedingten Druckanstieg (11) in einem Innenraum (4) eines Batteriegehäuses (5) der Traktionsbatterie (1) von einer Offen-Stellung in eine Geschlossen-Stellung überführbar ist, wobei der Druckschalter (10) in der Geschlossen-Stellung dazu ausgelegt ist, die Energiespeichereinheit (9) zum Übertragen der Zündenergie an die pyrotechnische Zündeinheit (8) mit der pyrotechnischen Zündeinheit (8) elektrisch zu verbinden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschalteinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine pyrotechnische Zündeinheit zum Unterbrechen eines Laststrompfades der Traktionsbatterie und eine Energiespeichereinheit zum Bereitstellen einer Zündenergie für die pyrotechnische Zündeinheit. Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Traktionsbatterie für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. Eine solche Traktionsbatterie kann beispielsweise als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet sein und eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen sind üblicherweise in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie angeordnet und zu Batteriemodulen verschaltet, welche wiederum miteinander, einem Anschluss der Traktionsbatterie sowie mit anderen Batteriekomponenten, beispielsweise Steuergeräten, der Traktionsbatterie über Leitungen elektrisch verbunden sind. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einer Notentgasung zumindest einer Batteriezelle der Traktionsbatterie, soll ein durch die Leitungen gebildeter Laststrompfad zuverlässig unterbrochen bzw. getrennt werden können.
Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Traktionsbatterie mit einer Abschalteinrichtung auszustatten, welche eine pyrotechnische Zündeinheit aufweist. Um den Laststrompfad zu unterbrechen, wird der pyrotechnischen Zündeinheit nach Erkennung des Fehlerfalls eine Zündenergie bzw. ein Zündsignal zugeführt. Um den Fehlerfall zu erkennen, wird die Traktionsbatterie üblicherweise mit einer Sensorik aktiv überwacht. Falls anhand von Sensorsignalen der Sensorik der Fehlerfall erkannt wurde, wird der Zündeinheit das Zündsignal zugeführt. Diese aktive Überwachung der Traktionsbatterie mittels Sensorik weist einen hohen Energiebedarf auf, da die Sensorik dauerhaft, also auch im Stillstand des Kraftfahrzeugs, mit Energie versorgt werden muss.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine energiesparende Lösung zum Unterbrechen eines Laststrompfades einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abschalteinrichtung, eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Eine erfindungsgemäße Abschalteinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs weist eine pyrotechnische Zündeinheit zum Unterbrechen eines Laststrompfades der Traktionsbatterie und eine Energiespeichereinheit zum Bereitstellen einer Zündenergie für die pyrotechnische Zündeinheit auf. Darüber hinaus weist die Abschalteinrichtung einen Druckschalter auf, welcher elektrisch mit der Zündeinheit und mit der Energiespeichereinheit verbunden ist und welcher durch einen fehlerbedingten Druckanstieg in einem Innenraum eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie von einer Offen-Stellung in eine Geschlossen-Stellung überführbar ist. Der Druckschalter ist in der Geschlossen-Stellung dazu ausgelegt, die Energiespeichereinheit zum Übertragen der Zündenergie an die pyrotechnische Zündeinheit mit der pyrotechnischen Zündeinheit elektrisch zu verbinden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie mit zumindest einer Batteriezelle, einem Batteriegehäuse und zumindest einer erfindungsgemäßen Abschalteinrichtung. Die zumindest eine Batteriezelle und die Abschalteinrichtung sind in einem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet. Die wiederaufladbare Traktionsbatterie ist insbesondere eine Hochvoltbatterie bzw. ein Hochvoltakkumulator und stellt elektrische Antriebsenergie für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs bereit. Insbesondere weist die Traktionsbatterie eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche zu Batteriemodulen verschaltet sind. Die Batteriemodule sind insbesondere miteinander sowie mit einem Anschluss der Traktionsbatterie verbunden, über welchen die Traktionsbatterie mit der elektrischen Antriebsmaschine verschaltet werden kann.
Die Abschalteinrichtung weist die pyrotechnische Zündeinheit auf, welche in dem Laststrompfad der Traktionsbatterie, beispielsweise zwischen zwei Batteriemodulen oder zwischen einem Batteriemodul und dem Anschluss der Traktionsbatterie, angeordnet ist. Die pyrotechnische Zündeinheit kann beispielsweise eine Zündpille mit einer Treibladung sein. Die Traktionsbatterie kann auch mehrere Abschalteinrichtungen aufweisen, welche an unterschiedlichen Positionen in dem Laststrompfad angeordnet sind. Die pyrotechnische Zündeinheit ist dazu ausgelegt, den Laststrompfad in einem Fehlerfall zu unterbrechen, welcher zu einem Anstieg eines Innendrucks in dem Innenraum des Batteriegehäuses führt. Ein solcher, zu einem Druckanstieg führender Fehlerfall kann beispielsweise eine Notentgasung zumindest einer Batteriezelle sein, bei welcher die Batteriezelle, beispielsweise bei einem zellinternen Kurzschluss, ein Heißgas in den Innenraum des Batteriegehäuses entlässt.
Die Zündeinheit wird dabei aktiviert bzw. gezündet, indem die Energiespeicheinheit mit der Zündeinheit elektrisch verbunden wird und dadurch der Zündeinheit die Zündenergie der Energiespeichereinheit zugeführt wird. Dazu weist die Abschalteinrichtung den Druckschalter auf, welcher zwischen der Zündeinheit und der Energiespeichereinheit angeordnet ist. Im Normalfall, also abseits des Fehlerfalls, wenn kein Druckanstieg in dem Innenraum des Batteriegehäuses vorliegt und der Innendruck einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, befindet sich der Druckschalter in der Offen-Stellung. In der Offen-Stellung sind die Zündeinheit und die Energiespeichereinheit insbesondere galvanisch getrennt und die Zündeinheit ist deaktiviert. Sobald der Fehlerfall eintritt, also wenn ein Druckanstieg in dem Innenraum des Batteriegehäuses vorliegt und der Innendruck den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, geht der Druckschalter von der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung über und verbindet die Zündeinheit und die Energiespeichereinheit elektrisch. Dadurch wird der Zündeinheit die Zündenergie der Energiespeichereinheit zugeführt und die Zündeinheit wird dadurch aktiviert.
Insbesondere ist der Druckschalter als ein mechanischer Druckschalter ausgebildet, welcher ein erstes ortfestes Kontaktelement und ein zweites, durch den Druckanstieg bewegbares Kontaktelement aufweist. Anders ausgedrückt führt der Druckanstieg in dem Innenraum dazu, dass sich das zweite Kontaktelement in Richtung des ersten Kontaktelementes bewegt, bis die Kontaktelemente elektrisch miteinander verbunden sind und somit die Geschlossen-Stellung des Druckschalters bereitstellen. Ein solches zweites Kontaktelement kann beispielsweise eine durch den Druckanstieg ausdehnbare Membran sein. Der drucksensitive Druckschalter wird dabei insbesondere nur über den Druckanstieg in dem Innenraum betätigt, eine separate Erfassung des Druckanstiegs mittels einer Sensorik sowie eine Ansteuerung des Druckschalters sind insbesondere nicht notwendig.
Durch das Vorsehen eines Druckschalters, welcher durch den Druckanstieg in dem Innenraum betätigt wird, kann ohne zusätzlichen Energieaufwand die Zündeinheit zum Trennen des Laststrompfads gezündet werden. Die Traktionsbatterie kann somit besonders energiesparend, auch im Stillstand des Kraftfahrzeugs, überwacht werden.
Die Energiespeichereinheit ist bevorzugt durch zumindest eine Batteriezelle der Traktionsbatterie ausgebildet. Beispielsweise kann der Druckschalter mit einem Modulanschluss eines der Batteriemodule elektrisch verbunden sein. Die Zündenergie wird also, ohne Vorsehen einer zusätzlichen Energiespeichereinheit, aus der Traktionsbatterie selbst gewonnen. Die Abschalteinrichtung ist dadurch besonders einfach ausgebildet. Alternativ dazu kann die Zündenergie auch aus einer anderen Energiequelle, beispielsweise einer zusätzlichen, separaten Batterie, stammen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie. Das als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildete Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Abschalteinrichtung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Traktionsbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Traktionsbatterie 1 für ein Kraftfahrzeug.
Die Traktionsbatterie 1 weist mehrere miteinander verschaltete Batteriekomponenten 2 auf, welche hier als Batteriemodule 3 der Traktionsbatterie ausgebildet sind. Die Batteriemodule 3 sind in einem Innenraum 4 eines Batteriegehäuses 5 der Traktionsbatterie 1 angeordnet und weisen jeweils mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen auf. Die Batteriekomponenten 2 sind über einen Laststrompfad 6 elektrisch miteinander verbunden. Die Traktionsbatterie 1 weist eine Abschalteinrichtung 7 auf, welche dazu ausgelegt ist, den Laststrompfad 6 in einem Fehlerfall, welcher zu einem Druckanstieg 11 in dem Innenraum 4 führt, zu unterbrechen. Dieser Druckanstieg 11 kann beispielsweise durch ein thermisches Ereignis zumindest einer Batteriezelle der Traktionsbatterie 1 verursacht werden, welcher zum Auslassen eines Heißgases der zumindest einen Batteriezelle in den Innenraum 4 des Batteriegehäuses 5 führt.
Die Abschalteinrichtung 7 weist eine pyrotechnische Zündeinheit 8 auf, welche in dem Laststrompfad 6 angeordnet ist. In einem deaktivierten, ungezündeten Zustand verbindet die Zündeinheit 8 den Laststrompfad. In einem aktivierten, gezündeten Zustand unterbricht die Zündeinheit 8 den Laststrompfad 6 und trennt die Batteriekomponenten 2 galvanisch voneinander. Um den aktivierten Zustand der Zündeinheit 8 bereitzustellen, wird der Zündeinheit 8 eine Zündenergie von einer Energiespeichereinheit 9 der Abschalteinrichtung 7 bereitgestellt. Die Energiespeichereinheit 9 ist hier eines der Batteriemodule 3. Die Zündenergie zum Zünden der Zündeinheit 8 wird also hier aus den Batteriemodulen 3 gewonnen. Alternativ dazu kann die Zündenergie durch eine andere Energiequelle bereitgestellt werden. Zwischen der Zündeinheit 8 und der Energiespeichereinheit 9 ist ein Druckschalter 10 der Abschalteinrichtung 7 angeordnet, welcher insbesondere ausschließlich durch den Druckanstieg 11 in dem Innenraum 4 betätigt wird. Im unbetätigten Zustand trennt der Druckschalter 10 die Energiespeichereinheit 9 von der Zündeinheit 8. Im betätigten Zustand verbindet der Druckschalter 10 die Energiespeichereinheit 9 und die Zündeinheit 8, sodass der Zündeinheit 8 die Zündenergie der Energiespeichereinheit 9 zugeführt wird. Die Abschalteinrichtung 7 weist insbesondere keine zusätzliche Sensorik zur Erkennung des Druckanstiegs 11 auf. Die Abschalteinrichtung 7 kann jedoch optional einen Logikbaustein zur Modulation des elektrischen Signals für die Zündung der Zündeinheit 8 oder zur Prüfung bzw. zum Betrieb weiterer Sensoren enthalten.“

Claims

Abschalteinrichtung (7) für eine Traktionsbatterie (1) eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine pyrotechnische Zündeinheit (8) zum Unterbrechen eines Laststrompfades (6) der Traktionsbatterie (1) und eine Energiespeichereinheit (9) zum Bereitstellen einer Zündenergie für die pyrotechnische Zündeinheit (8), gekennzeichnet durch einen Druckschalter (10), welcher elektrisch mit der pyrotechnischen Zündeinheit (8) und mit der Energiespeichereinheit (9) verbunden ist und welcher durch einen fehlerbedingten Druckanstieg (11) in einem Innenraum (4) eines Batteriegehäuses (5) der Traktionsbatterie (1) von einer Offen-Stellung in eine Geschlossen-Stellung überführbar ist, wobei der Druckschalter (10) in der Geschlossen-Stellung dazu ausgelegt ist, die Energiespeichereinheit (9) zum Übertragen der Zündenergie an die pyrotechnische Zündeinheit (8) mit der pyrotechnischen Zündeinheit (8) elektrisch zu verbinden.
Abschalteinrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalter (10) als ein mechanischer Druckschalter ausgebildet ist, welcher ein erstes ortfestes Kontaktelement und ein zweites, durch den Druckanstieg (11) bewegbares Kontaktelement aufweist.
Abschalteinrichtung (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (9) durch zumindest eine Batteriezelle der Traktionsbatterie (1) ausgebildet ist.
Traktionsbatterie (1) mit zumindest einer Batteriezelle, einem Batteriegehäuse (5) und zumindest einer Abschalteinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Batteriezelle und die Abschalteinrichtung (7) in einem Innenraum (4) des Batteriegehäuses (5) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit zumindest einer Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 4.