DE102021209266A1

DE102021209266A1 - Systeme und Verfahren zur Bereitstellung flüssigkeitsbeeinflusster Sicherungen

Info

Publication number: DE102021209266A1
Application number: DE102021209266.7A
Authority: DE
Inventors: Kyle O`Neil; Travis Cournoyer
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220130631A1; CN114496684A; US11764023B2

Abstract

Eine flüssigkeitsbeeinflusste Sicherung umfasst ein Strukturgehäuse, ein Paar elektrische Anschlüsse, ein oder mehrere Sicherungselemente und eine Flüssigkeit, die in einem Innenvolumen der Struktur angeordnet ist. Die Struktur verleiht der Sicherung Steifigkeit. Die Anschlüsse sind mit dem Strukturgehäuse gekoppelt und ausgebildet, um mit einem elektrischen Stromkreis eines Batteriestromkreises gekoppelt zu sein. Das eine oder die mehreren Sicherungselemente sind elektrisch mit dem Paar elektrischer Anschlüsse in Reihe geschaltet und im Innenraum angeordnet. Die Flüssigkeit ist ausgebildet, um eine Temperatur des Sicherungselements zu beeinflussen. Eine flüssigkeitsgefüllte Sicherung ist mit Flüssigkeit gefüllt, gegebenenfalls abgedichtet, und wird mit der erhöhten Wärmekapazität der Flüssigkeit betrieben, um die Temperatur der Sicherung zu beeinflussen. Eine flüssigkeitsgekühlte Sicherung ist mit der Flüssigkeit gefüllt und ist einem Strom der Flüssigkeit ausgesetzt, sodass die Sicherungstemperatur gesteuert werden kann. Ein Steuerungssystem steuert den Flüssigkeitsstrom und den Sicherungsbetrieb.

Description

Einführung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf flüssigkeitsbeeinflusste Sicherungen und insbesondere auf flüssigkeitsbasierte Systeme zur Steuerung des Sicherungsbetriebs.
Zusammenfassung
In einigen Ausführungsformen betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung, die ein Strukturgehäuse, ein Paar elektrische Anschlüsse, ein Sicherungselement und eine Flüssigkeit beinhaltet. Das Strukturgehäuse enthält ein Innenvolumen. Die elektrischen Anschlüsse sind mit dem Strukturgehäuse gekoppelt und ausgebildet, um mit einem elektrischen Stromkreis eines Batteriestromkreises gekoppelt zu werden. Das Sicherungselement ist mit den elektrischen Anschlüssen elektrisch in Reihe geschaltet und zumindest teilweise im Innenvolumen angeordnet. Die Flüssigkeit, ist ausgebildet, um eine Temperatur des Sicherungselements zu beeinflussen. Die Vorrichtung wird auch als flüssigkeitsbeeinflusste Sicherung bezeichnet.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung eine Öffnung, die im Strukturgehäuse angeordnet und ausgebildet ist, um dem Innenvolumen die Flüssigkeit zuführen zu können.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung eine im Strukturgehäuse angeordnete erste Öffnung, die ausgebildet ist, um dem Innenvolumen die Flüssigkeit bereitstellen zu können, und eine im Strukturgehäuse angeordnete zweite Öffnung, die ausgebildet ist, um die Flüssigkeit aus dem Innenvolumen entfernen zu können. In einigen Ausführungsformen sind beispielsweise die erste Öffnung und die zweite Öffnung ausgebildet, um dem Innenvolumen einen Einlass und einen Auslass bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Vorrichtung einen Sensor, der ausgebildet ist, um zumindest eine Kenngröße der Vorrichtung zu erfassen. In einigen Ausführungsformen ist der Sensor im Strukturgehäuse angeordnet. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die mindestens eine Kenngröße eine Temperatur der Vorrichtung und der Sensor ist ausgebildet, um die Temperatur zu erfassen. Beispielsweise ist die Temperatur eine Temperatur der Flüssigkeit, eine Temperatur des Strukturgehäuses, eine Temperatur eines Flüssigkeitsstroms, eine Temperatur eines elektrischen Anschlusses oder einer Stromschiene oder eine Temperatur einer anderen Komponente, die ein Indikator der Sicherung ist.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Flüssigkeit zumindest eines aus Wasser, Öl, Ethylenglykol oder eine Kombination davon. Beispielsweise beinhaltet die Flüssigkeit Transformatoröl der K-Klasse, Mineralöl, Öl enthaltende synthetische Ester, Öl enthaltende natürliche Ester oder Kühlmittel.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein System, das ein Stromversorgungssystem, eine Sicherung und eine Steuerschaltung beinhaltet. Das Stromversorgungssystem beinhaltet mindestens eine Sammelschiene. Die Sicherung ist ausgebildet, um einen Stromkreisschutz bereitzustellen und beinhaltet ein Paar Anschlüsse, ein Strukturgehäuse, ein Sicherungselement und eine Flüssigkeit. Das Paar Anschlüsse ist mit der mindestens einen Sammelschiene elektrisch gekoppelt. Das Strukturgehäuse enthält ein Innenvolumen. Das Sicherungselement ist elektrisch zwischen dem Anschlusspaar gekoppelt und im Innenraum angeordnet. Das Sicherungselement ist ausgebildet, um die Anschlüsse im Rahmen einer vorbestimmten Bedingung zu entkoppeln. Die Flüssigkeit ist im Innenvolumen, um das Sicherungselement herum oder in anderer Weise proximal zu diesem angeordnet. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, um zumindest eine Kenngröße der Sicherung während des Betriebs zu überwachen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das System einen Sensor, der ausgebildet ist, um zumindest eine Kenngröße der Sicherung zu erfassen. Der Sensor ist kommunikativ mit der Steuerschaltung gekoppelt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die mindestens eine Kenngröße eine Temperatur der Flüssigkeit, die im Innenvolumen angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das System ein Flüssigkeitsmanagementsystem, das ausgebildet ist, um einen Flüssigkeitsstrom durch das Innenvolumen des Strukturgehäuses zirkulieren zu lassen. Die Flüssigkeit im Innenvolumen wird durch den Flüssigkeitsstrom zugeführt. Beispielsweise umfasst die Sicherung, in einigen Ausführungsformen, eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung, die im Strukturgehäuse angeordnet sind, und der Flüssigkeitsstrom tritt über die erste Öffnung in das Innenvolumen ein und verlässt das Innenvolumen über die zweite Öffnung.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Flüssigkeitsmanagementsystem eine Pumpe, Flüssigkeitsleitungen und Anschlussstücke, die ausgebildet sind, um den Flüssigkeitsstrom zu regeln. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung mit dem Flüssigkeitsmanagementsystem gekoppelt und ferner ausgebildet, um dem Flüssigkeitsmanagementsystem ein Steuersignal bereitzustellen, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung ferner ausgebildet, um dem Flüssigkeitsmanagementsystem das Steuersignal bereitzustellen, um eine Temperatur der Sicherung zu steuern.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Regelung einer flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung. Das Verfahren beinhaltet das Überwachen eines oder mehrerer Sensorsignale, die ein Indikator des Sicherungsbetriebs sind, das Anlegen von Strom an eine oder mehrere Sammelschienen eines Batteriesystems und das Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern eines Flüssigkeitsstroms, der ausgebildet ist, um durch ein Innenvolumen der Sicherung zu fließen. Eine Sicherung ist derart elektrisch mit der einen oder den mehreren Sammelschienen gekoppelt, dass der Strom durch die Sicherung fließt.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Überwachen des einen oder der mehreren Sensorsignale das Überwachen eines Temperatursensorsignals eines Temperatursensors, der ausgebildet ist, um eine Temperatur des Flüssigkeitsstroms zu erfassen. In einigen solchen Ausführungsformen beinhaltet das Erzeugen des Steuersignals das Erzeugen des Steuersignals, um eine Temperatur der Sicherung zu steuern.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen, dass ein Fehler aufgetreten ist.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um ein Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sollen nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte betrachtet werden. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen zur Verdeutlichung und Vereinfachung nicht unbedingt maßstabsgetreu erstellt sind.

1 zeigt eine Seiten- und Querschnittsansicht einer veranschaulichenden flüssigkeitsgefüllten Sicherung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer veranschaulichenden flüssigkeitsgekühlten Sicherung und eines Pumpensystems gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Systems zur Regelung von Sicherungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zur Regelung einer flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
5 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm der Zeit bis zum Durchbrennen der Sicherung in Abhängigkeit des Stroms für Sicherungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Sicherungen mit flüssigkeitsbasierten Eigenschaften. In einigen Ausführungsformen wird eine Sicherung mit Flüssigkeit gefüllt und dann abgedichtet. In einigen Ausführungsformen ist eine Sicherung flüssigkeitsgekühlt (z. B. basierend auf einer Durchflussrate der Flüssigkeit). Zur Veranschaulichung können flüssigkeitsgefüllte und flüssigkeitsgekühlte Sicherungen mit oder ohne elektrisch leitende Flüssigkeit ausgeführt werden. Da die (z. B. elektrischen Strom führenden) Sicherungselemente bei hoher Spannung betrieben werden können, kann ein elektrischer Isolator verwendet werden, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit erregt wird. Die Verwendung von flüssigkeitsgefüllten oder flüssigkeitsgekühlten Sicherungen kann eine kompaktere Bauweise (die z. B. wiederum die Energiedichte eines zugehörigen Batteriepacks erhöhen kann), Hochleistungsanwendungsziele (z. B. hohe Ströme) bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Lebensdauer des Systems oder beides ermöglichen.
1 zeigt eine Seiten- und Querschnittsansicht der veranschaulichenden flüssigkeitsgefüllten Sicherung 100 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht beinhaltet die Sicherung 100 die Struktur 155, die Anschlüsse 171 und 172, die Öffnung 173, den Sensor 174, die Elemente 161 und 162 und die Flüssigkeit 151. Die Struktur 155 beinhaltet, wie veranschaulicht, eine Seitenwand und Endabschnitte, die der Sicherung 100 als Umhüllung dienen. Die Struktur 155 kann beispielsweise elektrische Isolierung, Struktursteifigkeit, Zugang für die Flüssigkeit 151, das Einschließen der Flüssigkeit 151, den Schutz der Elemente 161 und 162, eine andere geeignete Funktion oder eine Kombination davon bereitstellen. Die Anschlüsse 171 und 172 sind ausgebildet, um elektrisch mit einem Stromkreis gekoppelt zu werden. In einigen Ausführungsformen sind die Anschlüsse 171 und 172 von der Struktur 155 elektrisch isoliert, sodass der gesamte Stromfluss zwischen den Anschlüssen 171 und 172 durch die Elemente 161 und 162 hindurch und an diesen entlang verläuft. Die Sicherung 100 kann beispielsweise inline (in Reihe) in einer Sammelschiene enthalten sein, sodass der durch die Sammelschiene fließende elektrische Strom durch die Sicherung 100 fließt (z. B. zwischen den Anschlüssen 171 und 172). Zur Veranschaulichung können die Elemente 161 und 162, die elektrisch parallel angeordnet sind, elektrischen Strom zwischen den Anschlüssen 171 und 172 leiten. In einigen Ausführungsformen können die Elemente 161 und 162 ähnlich sein (und beispielsweise in ganzzahligen Vielfachen entsprechend dem Nennstrom der Sicherung 100 enthalten sein). In einigen Ausführungsformen ist ein einzelnes Element in einer flüssigkeitsgefüllten Sicherung enthalten, wobei das Element für eine vorbestimmte Strombelastbarkeit bemessen ist.
Die Flüssigkeit 151 ist in einem inneren Hohlraum der Struktur 155 angeordnet und enthalten. Zur Veranschaulichung kann ein Innenraum der Struktur 155 über die Öffnung 173 mit Flüssigkeit 151 befüllt werden. Nach dem Befüllen kann die Öffnung 173 verschlossen oder auf andere Weise abgedichtet werden, um Leckagen oder ein Auslaufen zu verhindern. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 173 als Entlüftung fungieren. In einigen Ausführungsformen kann die Flüssigkeit 151 über eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit verfügen, um Wärme von den Elementen 161 und 162 zu übertragen, die durch Ohmsche Verluste (z. B. basierend auf dem elektronischen Widerstand) entstehen kann. In einigen Ausführungsformen kann die Flüssigkeit 151 elektrisch nicht leitend sein (z. B. Öl, unpolare Flüssigkeiten, nicht ionisierte Flüssigkeiten). In einigen Ausführungsformen können die Struktur 155, die Elemente 161 und 162, die Anschlüsse 171 und 172 oder eine Kombination davon eine dielektrische Beschichtung, Schicht oder Einlage aufweisen, die die Flüssigkeit 151 von Festkörperkomponenten (z. B. Anschlüsse, Elemente, Strukturen) elektrisch isolieren kann. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 173 geöffnet oder anderweitig zugänglich sein, um die Flüssigkeit 151, die Elemente 161 und 162 oder eine Kombination davon zu kontrollieren, eine Probe davon zu entnehmen oder anderweitig zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Öffnung 173 einen abnehmbaren Stopfen beinhalten, der entfernt werden kann, um die Flüssigkeit 151 zu kontrollieren, zu bestimmen und/oder zu warten (z. B. die Farbe prüfen, die Viskosität messen, die Zusammensetzung analysieren, die Flüssigkeit 151 nachfüllen, die Flüssigkeit 151 ablassen).
Zur Veranschaulichung kann die relativ zur restlichen Sicherung 100 zusätzliche thermische Masse der Flüssigkeit 151 (z. B. gemäß der Wärmekapazität der Flüssigkeit 151) zur Steuerung der Temperatur der Sicherung 100 beitragen. Die thermische Masse der Flüssigkeit 151 kann den Temperaturanstieg der Elemente 161 und 162 beispielsweise durch eine Erhöhung der effektiven Wärmekapazität der Sicherung abschwächen. In einem weiteren Beispiel kann die Sicherung 100 bewirken, dass die Elemente 161 und 162 einen relativ geringeren Temperaturanstieg aufweisen, als wenn die Flüssigkeit 151 nicht vorhanden wäre. In einigen Ausführungsformen kann die durch die Flüssigkeit 151 bereitgestellte erhöhte thermische Masse die Schwere von Thermoschocks (z. B. die Amplitude von Temperaturänderungen) mindern. In einigen Ausführungsformen kann sich das Vorhandensein der Flüssigkeit 151 auf das Zeitverhalten der Sicherung 100 auswirken. Das Vorhandensein der Flüssigkeit 151 kann beispielsweise über geeignete Zeiträume hinweg als Filter gegen Stromspitzen wirken (z. B. durch das Verhindern eines Temperaturanstiegs).
Wie veranschaulicht beinhaltet die Sicherung 100 den Sensor 174. Der Sensor 174 ist ausgebildet, um eine oder mehrere Eigenschaften der Sicherung 100, oder Änderungen davon, zu erfassen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Sensor 174 beispielsweise einen Temperatursensor (z. B. ein Thermoelement, eine Thermosäule, einen Thermistor, einen Widerstandstemperaturfühler (RTD), einen anderen geeigneten Temperatursensor oder eine Kombination davon zum Erfassen der Temperatur der Flüssigkeit 151, der Struktur 155 oder von beidem. In einem weiteren Beispiel kann der Sensor 174 einen Drucksensor, einen Spannungssensor, einen Sensor, der ausgebildet ist, um eine (z. B. optische, thermophysikalische, elektrische, chemische oder elektrochemische) Eigenschaft der Flüssigkeit 151 zu erkennen, eine andere geeignete Art von Sensor oder eine Kombination davon beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor 174 mit einem Steuerungssystem oder einer Sensorschnittstelle davon gekoppelt sein, und ein Signal von Sensor 174 kann als ein Indikator verwendet werden, um einen Zustand der Sicherung 100 oder der Elemente 161 und 162 davon zu überwachen. In einigen Ausführungsformen kann, basierend auf den Eigenschaften der Flüssigkeit 151, eine Gesamtgehäusegröße der Sicherung durch Aufnahme der Flüssigkeit 151 reduziert werden. In einigen Ausführungsformen ist der Sensor 174 in der Öffnung 173 installiert (z. B. nach dem Befüllen mit der Flüssigkeit 151). Der Sensor 174 kann zum Beispiel abnehmbar oder fest in der Öffnung 173 installiert sein.
Die Flüssigkeit 151 kann geeignete Eigenschaften wie z. B. Viskosität, Dichte, Leitfähigkeit (beispielsweise elektrische und/oder thermische), Flammpunkt, Siedepunkt, Gefrierpunkt, Wärmekapazität, Korrosionsbeständigkeit, eine andere geeignete Eigenschaft oder eine Kombination davon aufweisen. Die Gefriertemperatur der Flüssigkeit 151 kann beispielsweise gewählt werden, um eine Phasenänderung der Flüssigkeit 151 zu verhindern (z. B. insbesondere bei flüssigkeitsgefüllten Sicherungen, in denen keine Zirkulation der Flüssigkeit stattfindet). In einem weiteren Beispiel kann die Flüssigkeit 151 ausreichend elektrisch isolierend sein, um einen elektrischen Kurzschluss in der Sicherung 100 zu verhindern (beispielsweise ohne die Notwendigkeit von dielektrischen Einsätzen, um die Elemente 161 und 162 gegenüber der Struktur 155 zu isolieren). Die Flüssigkeit 151 kann beispielsweise Wasser (W), Ethylenglykol (EG), WEG-Mischungen, niedrigviskoses Öl (z. B. Silikonöl, Mineralöl, synthetisches Öl, synthetische Ester, natürliche Ester), hochviskoses Öl der Klasse K (z. B. Silikonöl, Mineralöl, synthetisches Öl, synthetische Ester, natürliche Ester), fluorierte synthetische phasenändernde Flüssigkeiten (z. B. Novec), eine andere geeignete Flüssigkeit, geeignete Zusatzstoffe (z. B. ein Korrosionsschutzmittel) oder eine geeignete Kombination davon beinhalten.
2 zeigt eine Querschnittsseitenansicht der veranschaulichenden flüssigkeitsgesteuerten Sicherung 210 und des Pumpensystems 250 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht beinhaltet das System 200 eine flüssigkeitsgekühlte Sicherung 210, ein Pumpensystem 250, geeignete Flüssigkeitsleitungen zum Bereitstellen und Rückführen von Flüssigkeit (z. B. der Flüssigkeit 251), eine geeignete Sensorschnittstelle (z. B. zur Anbindung an Sensor 274), andere geeignete Komponenten (nicht dargestellt) oder eine Kombination davon. Abgesehen davon, dass mehr als eine Öffnung enthalten sein kann, kann die Sicherung 210, in einigen Ausführungsformen, der Sicherung 100 ähnlich sein. Die Sicherung 210 kann beispielsweise inline (in Reihe) in einer Sammelschiene enthalten sein, sodass der durch die Sammelschiene fließende elektrische Strom durch die Sicherung 210 fließt (z. B. zwischen den Anschlüssen 271 und 272). Zur Veranschaulichung können die Elemente 261 und 262, die elektrisch parallel angeordnet sind, elektrischen Strom zwischen den Anschlüssen 271 und 272 leiten. In einigen Ausführungsformen können die Elemente 261 und 262 ähnlich sein (und beispielsweise in ganzzahligen Vielfachen entsprechend dem Nennstrom der Sicherung 210 enthalten sein). In einigen Ausführungsformen ist ein einzelnes Element in einer flüssigkeitsgekühlten Sicherung enthalten, wobei das Element für eine vorbestimmte Strombelastbarkeit bemessen ist. Auch wenn sie als zwei Elemente aufweisend veranschaulicht ist, kann eine flüssigkeitsgefüllte oder flüssigkeitsgekühlte Sicherung gemäß der vorliegenden Offenbarung jede geeignete Anzahl von Elementen (z. B. eines, zwei oder mehr als zwei) enthalten.
Wie veranschaulicht beinhaltet die Sicherung 210 die Struktur 255, die Anschlüsse 271 und 272, die Öffnungen 273 und 283, den Sensor 274, die Elemente 261 und 262 und die Flüssigkeit 251 (z. B. in einem Innenvolumen der Struktur 255 enthalten). Die Öffnungen 273 und 283 sind derart ausgebildet, dass Flüssigkeit in das Innenvolumen der Struktur 255 hinein und aus diesem herausströmen kann. Das Pumpensystem 250 ist beispielsweise ausgebildet, um die Flüssigkeit 251 über geeignete Leitungen wie Rohre, Rohrleitungen, Schläuche, Anschlussstücke, Plenen, Verteiler oder Kombinationen davon zur und von der Sicherung 210 weg zu pumpen. Das Pumpensystem 250 kann beispielsweise eine Kreiselpumpe, eine Verdrängerpumpe (z. B. eine Kolbenpumpe), ein Vakuumsystem, ein Blasensystem, ein anderes geeignetes System zum Bewegen einer Flüssigkeit oder eine Kombination davon beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Pumpensystem 250 eine Steuerschaltung mit einer Sensorschnittstelle, die ausgebildet ist, um von Sensor 274 ein Sensorsignal zu empfangen. Zur Veranschaulichung kann Sensor 274 dem Sensor 174 von 1 ähneln. Zur weiteren Veranschaulichung kann Sensor 274 einen Sensor beinhalten, der ausgebildet ist, um die Temperatur (z. B. der Flüssigkeit 251 oder eines anderen geeigneten Teils der Sicherung 210), den Druck (z. B. der Flüssigkeit 251 im Innenvolumen der Struktur 255), den Druckabfall (z. B. über die Öffnungen 273 und 283 oder eine andere geeignete Druckdifferenz), eine andere geeignete Eigenschaft oder eine beliebige Kombination davon zu erfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor 274 in einer oder beiden der Öffnungen 273 und 283 integriert sein. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor 274 anstatt in der Struktur 255 integriert oder eingesetzt zu sein, in einer Flüssigkeitsleitung angeordnet sein.
Die Flüssigkeit 251 kann geeignete Eigenschaften, wie z. B. Viskosität, Dichte, Leitfähigkeit (beispielsweise elektrische und/oder thermische), Flammpunkt, Siedepunkt, Wärmekapazität, eine andere geeignete Eigenschaft oder eine Kombination davon aufweisen. Die Flüssigkeit 251 kann beispielsweise Wasser (W), Ethylenglykol (EG), WEG-Mischungen, niedrigviskoses Öl (z. B. Silikonöl, Mineralöl, synthetisches Öl, synthetische Ester, natürliche Ester), hochviskoses Öl der Klasse K (z. B. Silikonöl, Mineralöl, synthetisches Öl, synthetische Ester, natürliche Ester), fluorierte synthetische phasenändernde Flüssigkeiten (z. B. Novec) oder eine Kombination davon beinhalten.
3 zeigt ein Blockdiagramm des veranschaulichenden Systems 300 zur Regelung der Sicherungen 334 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht beinhaltet das System 300 eine Stromversorgung 302, eine Steuerschaltung 310, ein Flüssigkeitssystem 320 und ein elektrisches System 330. Wie veranschaulicht beinhaltet das elektrische System 330 das Batteriesystem 331, wobei die Sicherung(en) 334 mit den Sammelschienen des Batteriesystems 331 elektrisch gekoppelt sein kann bzw. können. Das Flüssigkeitssystem 320 kann, wie veranschaulicht, optional enthalten sein, um einen Flüssigkeitsstrom zu und von der bzw. den Sicherung(en) 334 zu regeln. In einigen Ausführungsformen, in denen die Sicherung(en) 334 flüssigkeitsgefüllte Sicherungen enthält bzw. enthalten, muss beispielsweise das Flüssigkeitssystem 320 nicht enthalten sein (oder kann beispielsweise enthalten sein, um die flüssigkeitsgefüllten Sicherungen zu füllen, aber während des Betriebs nicht zur Anwendung kommen). Zur Veranschaulichung kann das System 300 Teil eines Elektrofahrzeugs sein, wobei das Batteriesystem 331 ausgebildet ist, um einen Antriebsstrang des Elektrofahrzeugs mit Strom zu versorgen. Zur weiteren Veranschaulichung kann jede einzelne bzw. können alle Sicherung(en) 334 eine Sicherung ähnlich der Sicherung 100 von 1 oder der Sicherung 210 von 2 beinhalten.
Wie veranschaulicht beinhaltet die Steuerschaltung 310 den Prozessor 312, die Sensorschnittstelle 313, Eingabe/Ausgabe 314 (nachfolgend als E/A 314 bezeichnet), Kommunikationshardware 315 (nachfolgend als COMM 315 bezeichnet) und Speicher 316. Der Steuerkreis 310 kann auf einem oder mehreren Modulen implementierte Hardware, Software oder beides beinhalten, die ausgebildet sind, Steuerung, Überwachung oder beides einer oder mehrerer Sicherungen 334 bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Prozessor 312 einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, programmierbare Logikgeräte, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder eine geeignete Kombination davon. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor 312 über mehr als einen Prozessor oder über Verarbeitungseinheiten verteilt. In einigen Ausführungsformen führt der Steuerkreis 310 Anweisungen aus, die im Speicher 316 für die Regelung einer oder mehrerer Sicherung(en) 334 abgespeichert sind. In einigen Ausführungsformen ist der Speicher 316 ein elektronisches Speichergerät, das Teil der Steuerschaltung 310 ist. Der Speicher 316 kann beispielsweise ausgebildet sein, um elektronische Daten, Computeranweisungen, Anwendungen, Firmware oder andere geeignete Informationen zu speichern. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Speicher 316 einen RAM-Speicher, einen Nur-Lese-Speicher, Festplatten, optische Laufwerke, Solid-State-Geräte oder andere geeignete Speichergeräte oder eine Kombination davon. Zum Beispiel kann ein Speicher verwendet werden, um eine Startroutine zu starten.
In einigen Ausführungsformen wird der Steuerkreis 310 von der Stromversorgung 302 mit Strom versorgt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromversorgung 302 eine Autobatterie (z. B. eine 12-V-Bleibatterie), einen Gleichspannungswandler, eine AC-Stromversorgung (z. B. erzeugt durch geeignetes Umkehren einer DC-Stromversorgung), eine andere Stromversorgung, entsprechende Komponenten (z. B. Anschlüsse, Schalter, Sicherungen und Kabel) oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen liefert die Stromversorgung 302 dem bzw. den Sensor(en) 317, dem Flüssigkeitssystem 320, dem elektrischen System 330, anderen geeigneten Systemen oder Komponenten oder einer Kombination davon Strom. In einigen Ausführungsformen kann bzw. können die Steuerschaltung 310, das Flüssigkeitssystem 320 oder beide durch das Batteriesystem 331 mit Strom versorgt werden.
Die Sensorschnittstelle 313 ist ausgebildet, um dem bzw. den Sensor(en) 317 Strom oder sonstige Erregung bereitzustellen, Sensorsignale vom bzw. von den Sensor(en) 317 zu empfangen, ein Sensorsignal zu konditionieren (z. B. filtern, verstärken, sättigen, umwandeln oder eine andere Konditionierung durchführen), ein Sensorsignal zu modulieren, ein Sensorsignal zu digitalisieren (z. B. ein Analog-Digital-Wandler) oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen ist die Sensorschnittstelle 313 ausgebildet, um ein Sensorsignal vom bzw. von den Sensor(en) 317 abzutasten und zu digitalisieren. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der bzw. beinhalten die Sensor(en) 317 einen oder mehrere Temperatursensoren (z. B. einen Thermistor, ein Thermoelement, eine Thermosäule, einen Widerstandstemperaturdetektor und einen optischen Infrarotdetektor), Drucksensoren (z. B. einen Dehnungs- oder einen piezoelektrischen Aufnehmer), Stromsensoren (z. B. eine Stromschleife oder einen anderen Transformator, einen Präzisionswiderstand), Spannungssensoren, optische Sensoren (z. B. für photonische Eigenschaften oder Klarheit), andere geeignete Sensoren oder eine Kombination davon. Der bzw. die Sensor(en) 317 kann bzw. können beispielsweise einen Stromsensor oder Spannungssensor beinhalten, der ausgebildet ist, um den Betrieb der Sicherung(en) 334 zu erfassen, um den Betrieb der Sicherung(en) 334 zu bestimmen. Der bzw. die Sensor(en) 317 kann bzw. können als Teil der Sicherung(en) 334 integriert sein, die proximal zu der bzw. den Sicherung(en) 334 angeordnet ist bzw. sind, die in einer Leitung des Flüssigkeitssystems 320, in einer anderen geeigneten Anordnung oder einer beliebigen Kombination davon angeordnet ist bzw. sind. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 310 basierend auf einem oder mehreren Sensorsignalen einen Eigenschaftswert (z. B. einen Temperaturwert) ermitteln, ob Flüssigkeitslecks vorhanden sind, eine Durchflussrate, einen Druck, eine andere geeignete Eigenschaft oder eine Kombination davon.
E/A 314 und Comm 315 sind ausgebildet, um Signale zu senden und zu empfangen. In einigen Ausführungsformen ist E/A 314 ausgebildet, um Sensorsignale zu empfangen (z. B. kann Sensorschnittstelle 313 als Teil von E/A 314 integriert sein), digitale Signale zu senden und zu empfangen, Strom zu erzeugen oder zu messen (z. B. Signale mit 4-20 mA), Spannung zu erzeugen oder zu messen (z. B. analoge Spannung bereitstellen oder messen), binäre Signale bereitzustellen (z. B. um Relais, Schalter, Schütze oder Transistoren zu steuern), elektrische Leistung bereitzustellen (z. B. einen DC-Bus für Steuersignale), andere geeignete Signale zu senden oder zu empfangen oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen beinhaltet Comm 315 zur Kommunikation mit anderen Systemen oder Geräten eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle (z. B. WiFi, Bluetooth, NFC, 4-G), eine drahtgebunde Schnittstelle (z. B. Ethernet mit RJ-45-Steckverbinder), eine optische Schnittstelle (z. B. eine Glasfaserschnittstelle), eine andere geeignete Schnittstelle oder eine Kombination davon.
Das Flüssigkeitssystem 320 ist ausgebildet, um einen Zustand einer Flüssigkeit in einer flüssigkeitsgefüllten Sicherung, einer flüssigkeitsgekühlten Sicherung oder beides der Sicherung(en) 334 zu regeln. Das Flüssigkeitssystem 320 kann eine Pumpe (z. B. Kolbenpumpe, Kreiselpumpe, Flügelzellenpumpe, eine andere geeignete Pumpe, Motoren, Motorantriebe, Steuerungen), ein Flüssigkeitsaufbereitungssystem (z. B. Druckregler, Ventile, Drosseln, Entgasungssysteme, Tanks, Verteiler, Armaturen), eine Kommunikationsschnittstelle (z. B. zur Kommunikation mit der Steuerschaltung 310), andere geeignete Komponenten oder Systeme oder eine Kombination davon beinhalten. Das Flüssigkeitssystem 320 kann ausgebildet sein, um die Sicherung(en) 334 mit Flüssigkeit zu füllen, der bzw. den Sicherung(en) 334 einen Flüssigkeitsstrom bereitzustellen, einen Flüssigkeitsstrom zur der bzw. den Sicherung(en) 334 zu steuern, einen Flüssigkeitsstrom zu der bzw. den Sicherung(en) 334 zu überwachen oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen wird das Flüssigkeitssystem 320 verwendet, um eine Sicherung zu füllen, und anschließend während des Betriebs vom System 300 entkoppelt.
Zur Veranschaulichung kann System 300 ermöglichen, dass die Flussrate einer Flüssigkeit (z. B. über das Flüssigkeitssystem 320) zu einer Sicherung (z. B. einer oder mehreren der Sicherung(en) 334) variiert werden kann, um sie einem Strombedarf des elektrischen Systems 330 anzupassen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 310 ausgebildet sein, um ein Sensorsignal vom Sensor 317 zu empfangen, das einen Strom anzeigt, der durch die Sicherung(en) 334 fließt. Dementsprechend kann der Flüssigkeitsstrom erhöht werden, um mehr Wärme von der bzw. den Sicherung(en) 334 abzuführen (oder beispielsweise der Flüssigkeitsstrom verringert werden, um die Wärmeabfuhr zu verringern). In einigen Ausführungsformen werden ein oder mehrere Ventile am Einlass, Auslass oder an beidem der Sicherung(en) 334 verwendet. So kann, in einigen solchen Ausführungsformen, beispielsweise in einer oder allen Sicherung(en) 334 die Flüssigkeit abgelassen werden, um zu wirken, wenn die Sicherung ausfällt (z. B. wenn die Sicherung bei einer Strombelastung durchbrennt). Das System 300 kann, zur Veranschaulichung, im Fall, dass ein Kurzschluss erkannt wird, eine Reduzierung der Kühllast der Sicherung(en) 334 bewirken, wodurch eher die Sicherung durchbrennt, als dass der Kurzschluss anhält (was z. B. zu Schäden an anderen Komponenten führen kann).
Das elektrische System 330, wie veranschaulicht, beinhaltet das Batteriesystem 331, das eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet, die durch eine oder mehrere Sammelschienen miteinander gekoppelt sind. Die Sicherung(en) 334 sind inline (z. B. in Reihe mit) der einen oder den mehreren Sammelschienen angeordnet und ausgebildet, um einen Stromkreisschutz gegen hohe Ströme (z. B. gegen Kurzschluss oder hohe Lasten, die zu Überhitzungen und Ausfälle führen können) bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das elektrische System 330 Leistungselektronik, Elektromotoren, Motorantriebe, andere geeignete Komponenten oder eine Kombination davon, die elektrische Energie mit dem Batteriesystem 331 umsetzen können. Die Steuerschaltung 310 kann beispielsweise Steuersignale erzeugen und die Steuersignale über E/A 314 an das elektrische System 330 übertragen, um einen oder mehrere Motorantriebe oder IGBTs zu steuern, die die Leistung für einen oder mehrere Elektromotoren (z. B. eines elektrischen Fahrzeug-Antriebsstrangs) regeln.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm des veranschaulichenden Prozesses 400 zur Regelung einer flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der Prozess 400 durch das System 300 von 3 oder einem Teil davon umgesetzt werden.
Schritt 402 beinhaltet das Überwachen eines oder mehrerer Sensorsignale, die einen Sicherungsbetrieb anzeigen. In einigen Ausführungsformen überwacht das System einen oder mehrere Sensoren, der bzw. die in einer oder mehreren Sicherungen integriert ist bzw. sind, einen oder mehrere Sensoren, der bzw. die in einer Flüssigkeitsleitung installiert ist bzw. sind, die mit einer oder mehreren Sicherungen gekoppelt ist, oder eine Kombination davon. Das System kann das eine oder die mehreren Sensorsignale beispielsweise kontinuierlich, bei einer vorbestimmten Frequenz, in Reaktion auf eine Abfrage oder ein Ereignis (z. B. in Reaktion auf eine Meldung von einer Steuerung, einen Wert einer Eigenschaft, einen Zustand des Systems), zu einer vorbestimmten Zeit oder im Rahmen einer beliebigen Kombination davon überwachen. In einigen Ausführungsformen bestimmt das System eine Metrik (z. B. Belastbarkeit, eine Statusanzeige), einen Eigenschaftswert (z. B. eine Temperatur, eine Spannung, einen Strom, einen Druck), einen anderen geeigneten Wert oder eine Kombination davon, um den Sicherungsbetrieb oder den Sicherungszustand zu überwachen. In einigen Ausführungsformen speichert das System (z. B. in einem Speicher), filtert (z. B. bildet Mittelwerte, Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Kerbfilter, Bandpassfilter oder eine Kombination davon), ruft ab (z. B. aus einem Speicher) oder regelt auf andere Weise Werte oder Metriken eines oder mehrerer Sensorsignale. In einigen Ausführungsformen wird ein Sensorsignal verwendet, um einen Eigenschaftswert zu ermitteln oder abzuschätzen (z. B. kann das Sensorsignal als Proxy fungieren). So können beispielsweise Flüssigkeitstemperaturen verwendet werden, um eine Temperatur eines Sicherungselements zu ermitteln oder abzuschätzen (z. B. unter Verwendung eines geeigneten funktionalen Mappings, Modells oder Algorithmus).
Schritt 404 beinhaltet, dass das System Strom an eine oder mehrere Sicherungen eines Batteriesystems anlegt. In einigen Ausführungsformen regelt das System die Stromverteilung von einer Stromquelle (z. B. Batteriesystem 331 von 3) auf eine oder mehrere Lasten. Der Strom kann die eine oder die mehreren Sicherungen durchfließen. Die eine oder die mehreren Sicherungen können beispielsweise in Reihe mit einer oder mehreren Sammelschienen (die z. B. einen DC-Bus des Batteriesystems 331 definieren) angeordnet sein und können ausgebildet sein, um bei einem vorbestimmten Strom unter vorbestimmten Bedingungen (z. B. im Rahmen einer geeigneten Genauigkeit oder Wiederholbarkeit) durchzubrennen (z. B. auszufallen). Das System kann einem leistungselektronischen System Steuersignale bereitstellen, um den Stromfluss in der einen oder den mehreren Sammelschienen und somit in der einen oder den mehreren Sicherungen zu steuern. Das System kann beispielsweise in Reaktion auf eine Last Strom anlegen.
Schritt 406 beinhaltet, dass das System Flüssigkeit für eine oder mehrere Sicherungen regelt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das System Komponenten zum Steuern eines Flüssigkeitsstroms in der einen oder den mehreren Sicherungen (z. B. eines oder aller Flüssigkeitssysteme 320 von 3). In einigen Ausführungsformen steuert das System eine Flussrate (z. B. durch Steuern einer Pumpe, eines Ventils, eines Drucks oder eines anderen Aspekts der Flüssigkeit), eine Temperatur der Flüssigkeit, einen Druck der Flüssigkeit, eine Temperatur eines Sicherungselements oder Sicherungskörpers (z. B. des Strukturträgers), eine andere geeignete Kenngröße des Sicherungsbetriebs oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen muss der Prozess 400 nicht den Schritt 406 enthalten. Das System kann beispielsweise flüssigkeitsgefüllte Sicherungen beinhalten, die, in einigen Ausführungsformen, während des Betriebs keine Regelung erfordern.
Schritt 408 beinhaltet, dass das System einen oder mehrere Betriebszustände der einen oder mehreren Sicherungen, der Flüssigkeit oder von beiden ermittelt. In einigen Ausführungsformen ist das System ausgebildet, um ein oder mehrere Sensorsignale, eine oder mehrere Metriken, die basierend auf einem oder mehreren Sensorsignalen ermittelt werden, eine andere geeignete Information oder eine Kombination davon als Eingabe zu nutzen, um den Betriebszustand zu ermitteln. Jeder geeignete Betriebszustand kann ermittelt werden, darunter beispielsweise ein Normalbetrieb (z. B. Zustand 410), ein Fehlerzustand (z. B. Zustand 412), aktive Steuerung (z. B. Zustand 414), das Erzeugen eines Flags oder einer Warnung (z. B. Zustand 416), ein anderer geeigneter Zustand oder Modus oder eine Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen kann das System Informationen aus einem Speicher, einer Datenbank oder einer anderen geeigneten Referenz abrufen, während es das eine oder die mehreren Sensorsignale überwacht, Strom an die eine oder die mehreren Sicherungen anlegt, die Flüssigkeit für die eine oder die mehreren Sicherungen regelt oder eine Kombination davon. Das System, das eine flüssigkeitsgefüllte Sicherung referenziert, kann den Betrieb aktiv steuern, muss dies aber nicht tun, sondern kann vielmehr ein oder mehrere Sensorsignale (oder daraus abgeleitete Metriken) zwecks Vergleich mit einer Referenzdatenbank überwachen. Die Referenzdatenbank kann vorgegebene Bereiche, Eigenschaftswerte, Algorithmen zum Bestimmen eines Betriebszustands basierend auf einer oder mehreren Eingaben (z. B. Eigenschaftswerte, Sensorsignale, Metriken, Meldungen/Warnungen, Flag-Werte), ein funktionales Mapping (z. B. in einer geeigneten Dimension von Variablen), eine andere geeignete Information oder Beziehung oder eine Kombination davon beinhalten. Eine Referenzdatenbank kann beispielsweise Temperaturgrenzwerte, Stromgrenzwerte, Zeitlimits, Flussratenschwellenwerte, Strom-Temperatur-Mappings, Strom-Zeit-Mappings, Zeit-Temperatur-Mappings, Strom-Zeit-Temperatur-Mappings, Sicherungsspezifika (z. B. Sicherungstyp, langsames oder schnelles Durchbrennen, Lebensdauer, Nutzungsverlauf), eine andere geeignete Information oder eine Kombination davon beinhalten.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann das System in Schritt 408 basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen von Schritt 402 bestimmen, dass die Sicherung normal oder ansonsten innerhalb eines akzeptablen Betriebsbereichs arbeitet und dementsprechend, wie veranschaulicht, den Zustand 410 ermitteln. Der Normalbetrieb kann die Steuerung der Leistungselektronik beinhalten, um zu ermöglichen, dass Strom durch die Sicherung fließt (z. B. über eine Sammelschiene und eine andere Schaltung), das Überwachen oder Aufrechterhalten eines Flüssigkeitszustands der Sicherung (z. B. einer Temperatur, eines Flusses, einer Wärmeübertragungsrate), andere geeignete Funktionen oder ein Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann der Normalbetrieb beinhalten, dass das System den Betrieb der Sicherung aktiv steuert (z. B. Zustand 414). Das System kann beispielsweise eine Flussrate einstellen, eine Regelung einer Temperatur (z. B. eine Temperatur der Sicherung oder der Flüssigkeit) bereitstellen, ein oder mehrere Sensorsignale überwachen, ein oder mehrere Steuersignale erzeugen oder eine Kombination davon.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann das System, in Schritt 408, basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen von Schritt 402 bestimmen, dass ein Fehler aufgetreten ist, und, wie veranschaulicht, entsprechend den Zustand 412 ermitteln. Ein Fehler kann einen elektrischen Kurzschluss, ein Flüssigkeitsleck einer Sicherung, eine Übertemperatur einer Sicherung, eine reduzierte oder veränderte Belastbarkeit einer Sicherung, einen anderen geeigneten Zustand oder eine Kombination davon beinhalten. Als Reaktion auf einen Fehlerzustand kann das System den Stromfluss durch die Sicherung einstellen, den Stromfluss verringern, eine Flüssigkeitsdurchflussrate ändern, eine Warnmeldung erzeugen, das elektrische System abschalten, eine Trennung von der Stromversorgung (z. B. ein Batteriesystem) durchführen, eine andere geeignete Funktion ausführen oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann eine Sicherung einen unumkehrbaren Prozess durchlaufen (z. B. aufgrund von Überhitzung). Wird beispielsweise eine Sicherung großen Strömen und einer damit einhergehenden Erwärmung ausgesetzt, kann die Strombelastbarkeit oder der Fehlerplan so verändert werden, dass das Verhalten der Sicherung nach dem unumkehrbaren Prozess nicht dem Verhalten vor dem Prozess entspricht (z. B. analog zu plastischer Verformung in Festkörpern oder anderen unumkehrbaren Phänomenen).
In einem veranschaulichenden Beispiel kann das System basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen von Schritt 402 in Schritt 416 ein Flag, eine Warnung oder eine andere Anzeige erzeugen. Das Flag kann beispielsweise einen im Speicher gespeicherten Wert beinhalten, der den Betriebszustand oder Fehlerzustand anzeigt. In einigen Ausführungsformen kann das System Meldungen, Warnungen oder andere Anzeigen erzeugen und die Anzeigen an ein oder mehrere andere Systeme (z. B. ein Abschaltsystem, eine Überwachungseinrichtung, eine Benutzerschnittstelle, eine zentrale Steuerung) übertragen. Die Anzeigen können analoge Signale, digitale Signale (z. B. Binärwerte), Meldungen (z. B. unter Verwendung eines geeigneten Kommunikationsprotokolls), auf einem Bildschirm erzeugte grafische Anzeigen, eine andere geeignete Indikatorart oder eine Kombination davon beinhalten.
5 zeigt das veranschaulichende Diagramm 500 der Zeit bis zum Durchbrennen der Sicherung in Abhängigkeit des Stroms für Sicherungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Abszisse des Diagramms 500 entspricht dem Strom (z. B. in Ampere oder einer anderen geeigneten Einheit), die Ordinate des Diagramms 500 der Zeit (in Sekunden). Die Kurve 501 entspricht einer oder mehreren Lasten (für die beispielsweise Betriebsbereiche von Antriebsstrangkomponenten, Wechselrichtern, Hilfssystemen oder einer Kombination davon maßgeblich sind), die Kurve 502 entspricht einer veranschaulichenden flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung und die Kurve 503 entspricht der Gesamtkapazität anderer Schutzkomponenten (z. B. Sicherungen von Stromabnehmern eines Batteriesystems, Schütze). In einigen Ausführungsformen ist eine Sicherung konzipiert, um in einem zwischen den Kurven 501 und 503 angeordneten Fenster betrieben zu werden. Eine Sicherung kann zum Beispiel ein Zeit-Strom-Verhalten zeigen, das sich aufgrund einer zyklischen Anwendung (z. B. durch unumkehrbare Prozesse oder Zersetzung) mit der Zeit ändert, und von der daher erwartet wird, dass sie in einem Bereich des Diagramms 500 arbeitet. Dieser Bereich kann so gewählt werden und/oder ausgebildet sein, dass er zwischen den Kurven 501 und 503 liegt, um zu gewährleisten, dass Verbraucher ununterbrochen arbeiten können und andere Schutzkomponenten nicht vorzeitig versagen (z. B. Batteriezellensicherungen) oder anderweitig nicht aktiviert werden (z. B. Schütze, die durch wiederholten Überstrom beschädigt werden können).
Bezüglich der Kurve 503 kann die Absicherung zwischen j eder Batteriezelle und Stromabnehmern angeordnet sein, die Batteriezellenuntergruppen mit anderen Batteriezellenuntergruppen parallel und in Reihe elektrisch koppeln. Zur Veranschaulichung kann die Absicherung zwischen Batteriezellen und Stromabnehmern einzelne Schmelzlote (z. B. dünne Drähte, verjüngte Metalllaschen) beinhalten, die ausgebildet sind, um jede Batteriezelle einzeln im Fall eines Überstroms einer Zelle oder eines lokalen Ereignisses (z. B. ein thermisches Ereignis, ein elektrischer Kurzschluss einer oder mehrerer Zellen) zu entkoppeln. In einem weiteren Beispiel kann es mehrere Kurven geben, die Schutzkomponenten entsprechen. In einigen Ausführungsformen beinhalten die Ausfallmerkmale einer flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung einen Ausfall vor den Sicherungen der Stromabnehmer/Zellen bei einem gegebenen Busstrom, wodurch ermöglicht wird, dass Ströme des Antriebsstrangs ohne vorzeitiges Ausfallen der flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung Maximalwerte erreichen, oder eine Kombination davon. Ein Normalbetrieb kann beispielsweise das Steuern von Strömen beinhalten, die in Komponenten des Antriebsstrangs fließen. Die Antriebsstrangkomponenten können bei niedrigeren Strömen (z. B. unterhalb des durch Linie 510 angezeigten Stroms) eine lange Betriebslebensdauer und bei größeren Strömen (z. B. bei mit zunehmendem Strom abnehmender Betriebslebensdauer) eine verkürzte Betriebslebensdauer haben. Beispielsweise können Antriebsstrangkomponenten über relativ kurze Zeiträume bei großen Strömen oder Strom-_„Spitzen“ und dauerhaft bei niedrigeren Strömen betrieben werden (z. B. eine tatsächlich unbeschränkte Lebensdauer oder ansonsten viel länger als die im Diagramm 500 angezeigten Zeiträume). Zur Veranschaulichung kann eine flüssigkeitsbeeinflusste Sicherung ausgebildet sein, um Antriebsstrangkomponenten zu ermöglichen, ohne vorzeitiges Ausfallen der flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung größere Ströme zu erreichen.
Des Weiteren kann der Ausfall der flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung leichter korrigiert werden, da die flüssigkeitsbeeinflusste Sicherung mit einer Sammelschiene in Reihe angeordnet sein kann und somit im Vergleich zur großen Anzahl von Schmelzloten der Stromabnehmer (z. B. entsprechend der Kurve 503) relativ wenige flüssigkeitsbeeinflusste Sicherungen vorhanden sein können. Zur Veranschaulichung kann der Austausch der flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung einer Stromschiene weniger bedeutend sein als der Austausch einer großen Anzahl von Schmelzloten eines Stromabnehmers, der mit einer Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, und daher kann die flüssigkeitsbeeinflusste Sicherung so ausgelegt sein, dass sie bei einem relativ niedrigeren Strom ausfällt, als der der wahrscheinlich das Ausfallen der Schmelzlote bewirken würde.
Die Linie 511 entspricht in etwa einer Zeitschwelle für die der Stromfluss über größere Zeiträume hinweg durch Flüssigkeit in der Sicherung beeinflusst werden kann. Zum Beispiel kann die in der Sicherung erzeugte Wärme bei Zeiträumen oberhalb der Linie 511 (z. B. längere Zeiten) durch die Flüssigkeit übertragen werden, um den Betrieb der Sicherung zu beeinflussen. In einem weiteren Beispiel könnte die in der Sicherung erzeugte Wärme bei Zeiträumen unterhalb der Linie 511 (z. B. kürzere Zeiten) möglicherweise nicht effektiv durch die Flüssigkeit übertragen werden, sodass die Flüssigkeit einen relativ geringeren Einfluss auf den Sicherungsbetrieb haben kann. Zur Veranschaulichung kann die thermische Masse der Flüssigkeit bei unterhalb der Linie 511 liegenden Bedingungen für den Sicherungsbetrieb von relativ geringerer Bedeutung sein (z. B. kann die Wärmeübertragung vom Sicherungselement flächenbegrenzt sein). In einigen Ausführungsformen zeigen sich die Vorteile flüssigkeitsbeeinflusster Sicherungen für Zeiträume zwischen 1 und 10 Sekunden. Die flüssigkeitsbeeinflussten Sicherungen der vorliegenden Offenbarung können von der zusätzlichen thermischen Masse der Flüssigkeit profitieren, um Temperaturänderungen abzuschwächen (wodurch beispielsweise die Lebensdauer verbessert werden kann) und gleichzeitig eine schnelle Reaktion auf Ereignisse mit großen Strömen ermöglichen, die über kurze Zeiträume auftreten. Da der Zeitraum der Wärmeübertragung unter Umständen (z. B. bei hohen Strömen) wesentlich länger sein kann als die Zeit bis zum Durchbrennen der Sicherung, behindert das Vorhandensein der Flüssigkeit die Fähigkeit der Sicherung, auf diese Ereignisse zu reagieren, nicht wesentlich.
Das Vorstehende veranschaulicht lediglich die Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Änderungen können von Fachleuten auf dem Gebiet vorgenommen werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zum Zweck der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung präsentiert. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die, die hierin explizit beschrieben sind. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern auch Varianten und Modifizierungen davon beinhalten soll, die im Sinne der folgenden Ansprüche sind.

Claims

Vorrichtung, Folgendes umfassend: ein Strukturgehäuse, das ein Innenvolumen umfasst; ein Paar elektrische Anschlüsse, die mit dem Strukturgehäuse gekoppelt und ausgebildet sind, um mit einem Stromversorgungssystem gekoppelt zu sein; ein Sicherungselement, das elektrisch mit dem Paar elektrischer Anschlüsse in Reihe geschaltet und zumindest teilweise im Innenvolumen angeordnet ist; und eine Flüssigkeit, die ausgebildet ist, um eine Temperatur des Sicherungselements zu beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Öffnung, die im Strukturgehäuse angeordnet und ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit dem Innenvolumen zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner Folgendes umfassend: eine erste Öffnung, die im Strukturgehäuse angeordnet und ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit dem Innenvolumen zugeführt wird; und eine zweite Öffnung, die im Strukturgehäuse angeordnet und ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit aus dem Innenvolumen entfernt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sensor, der ausgebildet ist, um zumindest eine Kenngröße der Vorrichtung zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Sensor im Strukturgehäuse angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Kenngröße eine Temperatur der Vorrichtung umfasst, und wobei der Sensor ausgebildet ist, um die Temperatur zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Kenngröße zumindest eine Temperatur der Flüssigkeit, einen Druck der Flüssigkeit oder eine Zusammensetzung der Flüssigkeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit mindestens eines aus Wasser, Öl, Ethylenglykol oder eine Kombination davon umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit im Wesentlichen elektrisch isolierend ist.
System, Folgendes umfassend: ein elektrisches Energiesystem, das zumindest eine Sammelschiene umfasst, eine Sicherung, die ausgebildet ist, um einen Stromkreisschutz bereitzustellen, die Sicherung umfassend: ein Paar Anschlüsse, die mit mindestens einer Stromschiene elektrisch gekoppelt sind; ein Strukturgehäuse, das ein Innenvolumen umfasst; ein Sicherungselement, das elektrisch zwischen dem Paar von Anschlüssen gekoppelt und im Innenvolumen angeordnet ist, wobei das Sicherungselement ausgebildet ist, um die Anschlüsse bei einem vorbestimmten Zustand zu entkoppeln; und eine Flüssigkeit, die im Innenvolumen angeordnet ist; und eine Steuerschaltung, die ausgebildet ist, um zumindest eine Kenngröße der Sicherung während des Betriebs zu überwachen.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Sensor, der ausgebildet ist, um die mindestens eine Kenngröße der Sicherung zu erfassen, wobei der Sensor kommunikativ mit der Steuerschaltung gekoppelt ist.
System nach Anspruch 11, wobei die zumindest eine Kenngröße eine Temperatur der Flüssigkeit umfasst, die im Innenvolumen angeordnet ist.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Flüssigkeitsmanagementsystem, das ausgebildet ist, um einen Flüssigkeitsstrom durch das Innenvolumen des Strukturgehäuses zirkulieren zu lassen, wobei die Flüssigkeit im Innenvolumen durch den Flüssigkeitsstrom zugeführt wird.
System nach Anspruch 13, wobei die Sicherung eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung umfasst, die im Strukturgehäuse angeordnet sind, und wobei der Flüssigkeitsstrom über die erste Öffnung in das Innenvolumen eintritt und über die zweite Öffnung das Innenvolumen verlässt.
System nach Anspruch 13, wobei das Flüssigkeitsmanagementsystem eine Pumpe, Flüssigkeitsleitungen und Anschlussstücke umfasst, die ausgebildet sind, um den Flüssigkeitsstrom zu regeln.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung mit dem Flüssigkeitsmanagementsystem gekoppelt ist, und wobei die Steuerschaltung ferner ausgebildet ist, um dem Flüssigkeitsmanagementsystem ein Steuersignal bereitzustellen, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern.
System nach Anspruch 16, wobei die Steuerschaltung ferner ausgebildet ist, um dem Flüssigkeitsmanagementsystem das Steuersignal bereitzustellen, um eine Temperatur der Sicherung zu steuern.
Verfahren zur Regelung einer flüssigkeitsbeeinflussten Sicherung, das Verfahren umfassend: Überwachen eines oder mehrerer Sensorsignale, die den Sicherungsbetrieb anzeigen; Anlegen von Strom an eine oder mehrere Sammelschienen eines Batteriesystems, wobei eine Sicherung elektrisch mit der einen oder den mehreren Sammelschienen gekoppelt ist; und Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern eines Flüssigkeitsstroms, der ausgebildet ist, um durch ein Innenvolumen der Sicherung zu fließen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Überwachen des einen oder der mehreren Sensorsignale das Überwachen eines Temperatursensorsignals eines Temperatursensors umfasst, der ausgebildet ist, um eine Temperatur des Flüssigkeitsstroms zu erfassen, und wobei das Erzeugen des Steuersignals das Erzeugen des Steuersignals umfasst, um eine Temperatur der Sicherung zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das Bestimmen, basierend auf dem einen oder den mehreren Sensorsignalen, dass ein Fehler aufgetreten ist.