DE102021210137B4 - Protective device for a high-voltage battery system, high-voltage battery system and motor vehicle - Google Patents

Protective device for a high-voltage battery system, high-voltage battery system and motor vehicle Download PDF

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Abstract

Schutzvorrichtung (1) für ein Hochvoltbatteriesystem (2) für ein Kraftfahrzeug (3) zum gezielten elektrischen Entkoppeln einer Hochvoltbatterie (4) des Hochvoltbatteriesystems (2) in einer Störsituation von einem ersten elektrischen System (5) des Kraftfahrzeugs (3) und einem zweiten elektrischen System (6) des Kraftfahrzeugs (3), wobei die Hochvoltbatterie (4) einen ersten elektrischen Leiter (7) mit einem ersten Hochvoltanschluss (8) zum elektrischen Koppeln mit dem ersten elektrischen System (5) sowie einen zweiten elektrischen Leiter (9) mit einem zweiten Hochvoltanschluss (10) zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten elektrischen System (6) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) eine Messvorrichtung (11) mit einer Reihenschaltung aufweist, wobei die Reihenschaltung ein erstes Messelement (12) zum Messen eines ersten Parameterwerts eines Messparameters des ersten elektrischen Leiters (7) und ein mit dem ersten Messelement (12) in Reihe geschaltetes zweites Messelement (13) zum Messen eines zweiten Parameterwerts des Messparameters des ersten elektrischen Leiters (7) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) ein erstes Schutzschaltelement (14) zum elektrischen Trennen des ersten Hochvoltanschlusses (8) von einem Aktivteil (15) der Hochvoltbatterie (4) und ein zweites Schutzschaltelement (18) zum elektrischen Trennen des zweiten Hochvoltanschlusses (10) vom Aktivteil (15) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) eine Steuerungsvorrichtung (16) zum Betätigen des ersten Schutzschaltelements (14) in Abhängigkeit des von dem ersten Messelement (12) gemessenen ersten Parameterwerts und/oder des von dem zweiten Messelement (13) gemessenen zweiten Parameterwerts aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein batterieseitiges Ende des zweiten elektrischen Leiters (9) mit einer Anschlussstelle (17) des ersten elektrischen Leiters (7) zwischen dem ersten Messelement (12) und dem zweiten Messelement (13) elektrisch gekoppelt ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist, das erste Schutzschaltelement (14) oder ein zweites Schutzschaltelement (18) der Schutzvorrichtung (1) in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem zweiten Parameterwert und dem ersten Parameterwert zu betätigen, wobei durch die Betätigung des zweiten Schutzschaltelements (18) eine elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschluss (10) vom Aktivteil (15) trennbar ist.Protective device (1) for a high-voltage battery system (2) for a motor vehicle (3) for the targeted electrical decoupling of a high-voltage battery (4) of the high-voltage battery system (2) in a fault situation from a first electrical system (5) of the motor vehicle (3) and a second electrical one System (6) of the motor vehicle (3), wherein the high-voltage battery (4) has a first electrical conductor (7) with a first high-voltage connection (8) for electrical coupling to the first electrical system (5) and a second electrical conductor (9). a second high-voltage connection (10) for electrical coupling to the second electrical system (6), wherein the protective device (1) has a measuring device (11) with a series connection, the series connection having a first measuring element (12) for measuring a first parameter value of a Measuring parameter of the first electrical conductor (7) and a second measuring element (13) connected in series with the first measuring element (12) for measuring a second parameter value of the measuring parameter of the first electrical conductor (7), wherein the protective device (1) has a first protective switching element (14) for electrically disconnecting the first high-voltage connection (8) from an active part (15) of the high-voltage battery (4) and a second protective switching element (18) for electrically disconnecting the second high-voltage connection (10) from the active part (15), the protective device ( 1) a control device (16) for actuating the first protective switching element (14) depending on the first parameter value measured by the first measuring element (12) and / or the second parameter value measured by the second measuring element (13), characterized in that a battery-side End of the second electrical conductor (9) is electrically coupled to a connection point (17) of the first electrical conductor (7) between the first measuring element (12) and the second measuring element (13), and wherein the control device (16) is designed and set up , to actuate the first protective switching element (14) or a second protective switching element (18) of the protective device (1) depending on a difference between the second parameter value and the first parameter value, wherein the actuation of the second protective switching element (18) results in an electrical coupling of the second high-voltage connection (10) can be separated from the active part (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug zum gezielten elektrischen Entkoppeln einer Hochvoltbatterie des Hochvoltbatteriesystems in einer Störsituation von einem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs und einem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Hochvoltbatteriesystem.The present invention relates to a protective device for a high-voltage battery system for a motor vehicle for the targeted electrical decoupling of a high-voltage battery of the high-voltage battery system in a fault situation from a first electrical system of the motor vehicle and a second electrical system of the motor vehicle. The invention further relates to a high-voltage battery system for a motor vehicle and a motor vehicle with a generic high-voltage battery system.

Es sind Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antriebssystem zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bekannt. Elektrische Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge weisen mindestens einen Elektromotor zum Erzeugen eines Drehmoments zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors sowie ein Hochvoltsystem zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie auf.Motor vehicles with an electric drive system for driving the motor vehicle are known. Electric drive systems for motor vehicles have at least one electric motor for generating a torque for driving the motor vehicle, power electronics for controlling the electric motor and a high-voltage system for supplying the electric motor with electrical energy.

Hochvoltbatteriesysteme weisen grundsätzlich eine Hochvoltbatterie mit einem Aktivteil zur Speicherung elektrischer Energie, ein Batteriegehäuse zum Schutz des Aktivteils vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise mechanischen Stößen, Feuchtigkeit, Schmutz oder dergleichen, sowie eine Schutzvorrichtung zum gezielten elektrischen Entkoppeln der Hochvoltbatterie bzw. zumindest des Aktivteils der Hochvoltbatterie vom Rest des elektrischen Antriebssystems, insbesondere in einer Störsituation, wie beispielsweise einem Kurzschluss, auf.High-voltage battery systems basically have a high-voltage battery with an active part for storing electrical energy, a battery housing to protect the active part from external influences, such as mechanical shocks, moisture, dirt or the like, and a protective device for targeted electrical decoupling of the high-voltage battery or at least the active part of the high-voltage battery from the rest of the electric drive system, especially in a fault situation, such as a short circuit.

Zum elektrischen Koppeln des Hochvoltbatteriesystems mit dem elektrischen Antriebssystem weisen Hochvoltbatteriesysteme einen ersten Hochvoltanschluss auf. Zum elektrischen Koppeln des Hochvoltbatteriesystems mit weiteren elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einem Bordnetz, einem Klimakompressor, einem Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, sonstigen Nebenverbrauchern des Kraftfahrzeugs oder dergleichen, weisen Hochvoltbatteriesysteme einen zweiten Hochvoltanschluss auf.For electrically coupling the high-voltage battery system with the electric drive system, high-voltage battery systems have a first high-voltage connection. For electrically coupling the high-voltage battery system with other electrical components of the motor vehicle, such as an on-board electrical system, an air conditioning compressor, a lighting system for illuminating the surroundings of the motor vehicle, other auxiliary consumers of the motor vehicle or the like, high-voltage battery systems have a second high-voltage connection.

Gattungsgemäße Batteriesysteme weisen eine Schutzvorrichtung mit einer Reihenschaltung von Messmitteln auf, die zum Messen einer Stromstärke am ersten Hochvoltanschluss ausgebildet sind. Wird eine maximal zulässige Stromstärke überschritten, ist mittels eines Schutzschaltelements der Schutzvorrichtung der Aktivteil vom Rest des elektrischen Antriebssystems trennbar, beispielsweise um eine Beschädigung der Hochvoltbatterie, insbesondere durch Überhitzen oder Brandentwicklung, oder weiterer Komponenten des elektronischen Antriebssystems bzw. des Kraftfahrzeugs zu verhindern. Ein Batteriesystem mit einer Schutzschaltung ist beispielsweise aus dem Dokument CN 210554207 U bekannt.Generic battery systems have a protective device with a series connection of measuring devices which are designed to measure a current at the first high-voltage connection. If a maximum permissible current intensity is exceeded, the active part can be separated from the rest of the electric drive system by means of a protective switching element of the protective device, for example in order to prevent damage to the high-voltage battery, in particular due to overheating or fire development, or other components of the electronic drive system or the motor vehicle. For example, a battery system with a protective circuit is from the document CN 210554207 U known.

Aus dem Dokument US 6 605 936 B1 ist ein Batteriesystem mit einem drei Leiterarme aufweisenden Leiterverbinder bekannt. Zum Überwachen der durch die Leiterarme fließenden Ströme weist die Sicherungsvorrichtung an jedem Leiterarm einen Hallsensor auf. Das Dokument CN 211645392 U zeigt eine Schutzvorrichtung, welche zur gezielten Überwachung der Ströme mehrerer Leiter jeweils einen Hallsensor, einen verstellbaren Widerstand sowie ein Relais aufweist. Das Dokument DE 10 2018 205 850 A1 zeigt eine Sekundärbordnetzbatterie für ein Sekundärbordnetz für ein Kraftfahrzeug.
Zum Absichern des zweiten Hochvoltanschlusses kommen üblicherweise Schmelzsicherungen zum Einsatz. Die Schmelzsicherung sollte derart ausgelegt sein, dass über einen gesamten bestimmungsgemäßen Einsatzbereich des zweiten elektrischen Systems eine stabile elektrische Kopplung gewährleistet ist und nur in einer Störsituation, wie beispielsweise bei Überschreiten einer maximal zulässigen Stromstärke oder Temperatur, die Schmelzsicherung durchbrennt. Um dies zu gewährleisten müssen häufig mehrere Schmelzsicherungen mit unterschiedlichen Kennlinien verwendet werden. Aufgrund der Verschiedenartigkeit der zweiten elektrischen Systeme kann dies zu einer erhöhten Variantenzahl an Batteriesystemen führen. Dies ist mit einem erhöhten Herstellungsaufwand und somit zusätzlichen Kosten verbunden. Ausführungsformen mit Strommesselementen zum Messen der durch den zweiten Hochvoltanschluss fließenden Stromstärke in Kombination mit einem weiteren Schutzschaltelement zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil der Batterie sind sehr aufwendig und führen zu einer Erhöhung der Herstellungskosten.From the document US 6,605,936 B1 a battery system with a conductor connector having three conductor arms is known. To monitor the currents flowing through the conductor arms, the safety device has a Hall sensor on each conductor arm. The document CN 211645392 U shows a protective device which has a Hall sensor, an adjustable resistor and a relay for targeted monitoring of the currents of several conductors. The document DE 10 2018 205 850 A1 shows a secondary electrical system battery for a secondary electrical system for a motor vehicle.
Fusible fuses are usually used to protect the second high-voltage connection. The fuse should be designed in such a way that a stable electrical coupling is guaranteed over the entire intended area of use of the second electrical system and that the fuse only blows in a faulty situation, such as when a maximum permissible current or temperature is exceeded. To ensure this, several fuses with different characteristics often have to be used. Due to the diversity of the second electrical systems, this can lead to an increased number of variants of battery systems. This is associated with increased manufacturing effort and therefore additional costs. Embodiments with current measuring elements for measuring the current flowing through the second high-voltage connection in combination with a further protective switching element for interrupting the electrical coupling of the second high-voltage connection from the active part of the battery are very complex and lead to an increase in manufacturing costs.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Schutzvorrichtung für ein Hochvoltbatteriesystem zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schutzvorrichtung für ein Hochvoltbatteriesystem, ein Hochvoltbatteriesystem und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine zuverlässige elektrische Trennung mehrerer Hochvoltanschlüsse von einem Aktivteil der Hochvoltbatterie sicherstellen und/oder eine erhöhte Variantenvielfalt vermeiden.It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in a protective device for a high-voltage battery system. In particular, it is the object of the present invention to create a protective device for a high-voltage battery system, a high-voltage battery system and a motor vehicle, which ensures reliable electrical isolation of several high-voltage connections from an active part of the high-voltage battery in a simple and cost-effective manner and/or avoids an increased variety of variants.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung für ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug zum gezielten elektrischen Entkoppeln einer Hochvoltbatterie des Hochvoltbatteriesystems in einer Störsituation von einem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs und einem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hochvoltbatteriesystem sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above task is solved by the patent claims. Accordingly, the task is achieved by a protective device for a high-voltage battery system for a motor vehicle for the targeted electrical decoupling of a high-voltage battery of the high volt battery system in a fault situation from a first electrical system of the motor vehicle and a second electrical system of the motor vehicle with the features of independent claim 1, by a high-voltage battery system for a motor vehicle with the features of the independent claim 9 and by a motor vehicle with the features of the independent claim 10 solved. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the protective device according to the invention naturally also apply in connection with the high-voltage battery system according to the invention and the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that reference is or can always be made to each other with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung für ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug zum gezielten elektrischen Entkoppeln einer Hochvoltbatterie des Hochvoltbatteriesystems in einer Störsituation von einem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs und einem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs gelöst. Die Hochvoltbatterie weist einen ersten elektrischen Leiter mit einem ersten Hochvoltanschluss zum elektrischen Koppeln mit dem ersten elektrischen System sowie einen zweiten elektrischen Leiter mit einem zweiten Hochvoltanschluss zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten elektrischen System auf. Die Schutzvorrichtung weist eine Messvorrichtung mit einer Reihenschaltung auf, wobei die Reihenschaltung ein erstes Messelement zum Messen eines ersten Parameterwerts eines Messparameters des ersten elektrischen Leiters und ein mit dem ersten Messelement in Reihe geschaltetes zweites Messelement zum Messen eines zweiten Parameterwerts des Messparameters des ersten elektrischen Leiters aufweist. Ferner weist die Schutzvorrichtung ein erstes Schutzschaltelement zum elektrischen Trennen des ersten Hochvoltanschlusses von einem Aktivteil der Hochvoltbatterie und ein zweites Schutzschaltelement zum elektrischen Trennen des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil auf, wobei die Schutzvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung zum Betätigen des ersten Schutzschaltelements in Abhängigkeit des von dem ersten Messelement gemessenen ersten Parameterwerts und/oder des von dem zweiten Messelement gemessenen zweiten Parameterwerts aufweist. Erfindungsgemäß ist ein batterieseitiges Ende des zweiten elektrischen Leiters mit einer Anschlussstelle des ersten elektrischen Leiters zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement elektrisch gekoppelt. Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet und eingerichtet, das erste Schutzschaltelement oder ein zweites Schutzschaltelement der Schutzvorrichtung in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem zweiten Parameterwert und dem ersten Parameterwert zu betätigen, wobei durch die Betätigung des zweiten Schutzschaltelements eine elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil trennbar ist.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a protective device for a high-voltage battery system for a motor vehicle for the targeted electrical decoupling of a high-voltage battery of the high-voltage battery system in a fault situation from a first electrical system of the motor vehicle and a second electrical system of the motor vehicle. The high-voltage battery has a first electrical conductor with a first high-voltage connection for electrical coupling to the first electrical system and a second electrical conductor with a second high-voltage connection for electrical coupling to the second electrical system. The protective device has a measuring device with a series connection, wherein the series connection has a first measuring element for measuring a first parameter value of a measuring parameter of the first electrical conductor and a second measuring element connected in series with the first measuring element for measuring a second parameter value of the measuring parameter of the first electrical conductor . Furthermore, the protective device has a first protective switching element for electrically disconnecting the first high-voltage connection from an active part of the high-voltage battery and a second protective switching element for electrically disconnecting the second high-voltage connection from the active part, wherein the protective device has a control device for actuating the first protective switching element depending on the value measured by the first measuring element first parameter value and / or the second parameter value measured by the second measuring element. According to the invention, a battery-side end of the second electrical conductor is electrically coupled to a connection point of the first electrical conductor between the first measuring element and the second measuring element. The control device is designed and set up to actuate the first protective switching element or a second protective switching element of the protective device as a function of a difference between the second parameter value and the first parameter value, wherein an electrical coupling of the second high-voltage connection can be separated from the active part by actuating the second protective switching element.

Unter einem elektrischen Entkoppeln der Hochvoltbatterie wird im Rahmen der Erfindung das Entkoppeln des Aktivteils der Hochvoltbatterie von einem Hochvoltanschluss, wie beispielsweise dem ersten Hochvoltanschluss oder dem zweiten Hochvoltanschluss, verstanden. Durch das Entkoppeln ist eine elektrische Kopplung aufgehoben, sodass der Aktivteil elektrisch vom Hochvoltanschluss getrennt ist.In the context of the invention, electrical decoupling of the high-voltage battery is understood to mean decoupling the active part of the high-voltage battery from a high-voltage connection, such as the first high-voltage connection or the second high-voltage connection. Decoupling removes an electrical coupling, so that the active part is electrically separated from the high-voltage connection.

Die Hochvoltbatterie weist vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf. Überdies weist die Hochvoltbatterie den ersten elektrischen Leiter auf, mittels welcher der Aktivteil mit dem ersten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt ist. Der erste elektrische Leiter sowie der Aktivteil sind vorzugsweise innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der erste Hochvoltanschluss ist zum elektrischen Koppeln der Hochvoltbatterie mit dem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs ausgebildet und eingerichtet. Vorzugsweise ist der erste Hochvoltanschluss außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Ferner weist die Hochvoltbatterie den zweiten elektrischen Leiter auf, mittels welcher der Aktivteil mit dem zweiten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt ist. Der zweite elektrische Leiter ist vorzugsweise ebenfalls innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der zweite Hochvoltanschluss ist zum elektrischen Koppeln der Hochvoltbatterie mit dem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs ausgebildet und eingerichtet. Vorzugsweise ist der zweite Hochvoltanschluss außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der Aktivteil weist vorzugsweise Batteriezellen, insbesondere Pouchzellen, oder dergleichen auf.The high-voltage battery preferably has a battery housing. In addition, the high-voltage battery has the first electrical conductor, by means of which the active part is electrically coupled to the first high-voltage connection. The first electrical conductor and the active part are preferably arranged within the battery housing. The first high-voltage connection is designed and set up for electrically coupling the high-voltage battery to the first electrical system of the motor vehicle. The first high-voltage connection is preferably arranged outside the battery housing. Furthermore, the high-voltage battery has the second electrical conductor, by means of which the active part is electrically coupled to the second high-voltage connection. The second electrical conductor is preferably also arranged within the battery housing. The second high-voltage connection is designed and set up for electrically coupling the high-voltage battery to the second electrical system of the motor vehicle. The second high-voltage connection is preferably arranged outside the battery housing. The active part preferably has battery cells, in particular pouch cells, or the like.

Unter einer Störsituation wird ein Betriebsfall des Kraftfahrzeugs verstanden, in welchem eine Beschädigung der Hochvoltbatterie droht, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses eines elektrischen Systems des Kraftfahrzeugs, einer hohen Temperaturentwicklung aufgrund hoher Umgebungstemperaturen und/oder fehlender Kühlung und/oder verhältnismäßig hohe Batterieströme über einen längeren Zeitraum oder dergleichen.A fault situation is understood to mean an operating situation of the motor vehicle in which there is a risk of damage to the high-voltage battery, for example due to a short circuit in an electrical system of the motor vehicle, a high temperature development due to high ambient temperatures and/or a lack of cooling and/or relatively high battery currents over a longer period of time or the like.

Zum Detektieren der Störsituation weist die Schutzvorrichtung die Messvorrichtung auf. Die Messvorrichtung weist wie eine herkömmliche Messvorrichtung die Reihenschaltung aus dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement auf. Die Messelemente sind zum Messen des Messparameters, wie beispielsweise der Stromstärke, ausgebildet, wobei das erste Messelement zum Messen des ersten Parameterwerts des Messparameters und das zweite Messelement zum Messen des zweiten Parameterwerts des Messparameters ausgebildet ist. Somit ist das erste Messelement zum Messen des Messparameters an einer ersten Stelle des ersten elektrischen Leiters und das zweite Messelement zum Messen des Messparameters an einer zweiten Stelle des ersten elektrischen Leiters ausgebildet. Der Messparameter ist erfindungsgemäß ein Parameter, welcher für die Belastung der Hochvoltbatterie aussagekräftig ist, wie beispielsweise eine Stromstärke, ein von einem elektrischen Strom bewirktes elektrisches Feld oder dergleichen.To detect the fault situation, the protective device has the measuring device. Like a conventional measuring device, the measuring device has the series connection of the first measuring element and the second measuring element. The measuring elements are for measuring the measuring para meters, such as the current strength, wherein the first measuring element is designed to measure the first parameter value of the measurement parameter and the second measuring element is designed to measure the second parameter value of the measurement parameter. Thus, the first measuring element is designed to measure the measurement parameter at a first location on the first electrical conductor and the second measuring element is designed to measure the measurement parameter at a second location on the first electrical conductor. According to the invention, the measurement parameter is a parameter which is meaningful for the load on the high-voltage battery, such as a current intensity, an electric field caused by an electric current or the like.

Zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement ist die Anschlussstelle angeordnet. Der zweite elektrische Leiter ist mit der Anschlussstelle sowie dem zweiten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt. Demnach ist der erste Parameterwert von einer Gesamtstromstärke abhängig, welche sich aus einer Summe einer durch den ersten Hochvoltanschluss fließenden ersten Stromstärke und einer durch den zweiten Hochvoltanschluss fließenden zweiten Stromstärke ergibt. Der zweite Parameterwert entspricht der durch den ersten Hochvoltanschluss fließenden ersten Stromstärke.The connection point is arranged between the first measuring element and the second measuring element. The second electrical conductor is electrically coupled to the connection point and the second high-voltage connection. Accordingly, the first parameter value is dependent on a total current intensity, which results from a sum of a first current intensity flowing through the first high-voltage connection and a second current intensity flowing through the second high-voltage connection. The second parameter value corresponds to the first current intensity flowing through the first high-voltage connection.

Zum Trennen der elektrischen Kopplung des Aktivteils von dem ersten Hochvoltanschluss weist die Schutzvorrichtung das erste Schutzschaltelement auf. Das erste Schutzschaltelement ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Trennen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen. Das erste Schutzschaltelement kann beispielsweise ein Relais, einen Pyroschalter oder dergleichen aufweisen. Vorzugsweise ist das erste Schutzschaltelement ausgebildet und eingerichtet, die elektrische Kopplung nach dem Trennen wiederherzustellen. Das erste Schutzschaltelement ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Wiederherstellen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen. Das erste Schutzschaltelement ist vorzugsweise zusätzlich als das Schutzschaltelement ausgebildet, durch dessen Betätigung die elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil trennbar ist. In diesem Fall ist das erste Schutzschaltelement vorzugsweise zwischen dem Aktivteil und der Anschlussstelle, besonders bevorzugt zwischen dem Aktivteil und dem ersten Messelement, angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Schutzschaltelement erforderlich ist, sodass die Schutzvorrichtung besonders kompakt und kostengünstig ausgeführt ist.To separate the electrical coupling of the active part from the first high-voltage connection, the protective device has the first protective switching element. The first protective switching element is preferably designed and set up to disconnect the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding control by the control device. The first protective switching element can have, for example, a relay, a pyro switch or the like. Preferably, the first protective switching element is designed and set up to restore the electrical coupling after disconnection. The first protective switching element is preferably designed and set up to restore the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding activation by the control device. The first protective switching element is preferably additionally designed as the protective switching element, by actuating which the electrical coupling of the second high-voltage connection can be separated from the active part. In this case, the first protective switching element is preferably arranged between the active part and the connection point, particularly preferably between the active part and the first measuring element. This has the advantage that only one protective switching element is required, so that the protective device is particularly compact and cost-effective.

Zum Trennen der elektrischen Kopplung des Aktivteils von dem zweiten Hochvoltanschluss ist das Schutzschaltelement, durch dessen Betätigung die elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil trennbar ist, als zweites Schutzschaltelement ausgebildet. Das zweite Schutzschaltelement ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Trennen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen. Das zweite Schutzschaltelement kann beispielsweise ein Relais, einen Pyroschalter oder dergleichen aufweisen. Vorzugsweise ist das zweite Schutzschaltelement ausgebildet und eingerichtet, die elektrische Kopplung nach dem Trennen wiederherzustellen. Das zweite Schutzschaltelement ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Wiederherstellen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen. Das zweite Schutzschaltelement ist vorzugweise zwischen dem zweiten Hochvoltanschluss und der Anschlussstelle angeordnet. Bei Vorhandensein eines zweiten Schutzschaltelements ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das erste Schutzschaltelement zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und der Anschlussstelle, insbesondere zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und dem zweiten Messelement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Kopplung des ersten Hochvoltanschlusses und des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil separat trennbar ist.To separate the electrical coupling of the active part from the second high-voltage connection, the protective switching element, by actuation of which the electrical coupling of the second high-voltage connection can be separated from the active part, is designed as a second protective switching element. The second protective switching element is preferably designed and set up to disconnect the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding activation by the control device. The second protective switching element can have, for example, a relay, a pyro switch or the like. Preferably, the second protective switching element is designed and set up to restore the electrical coupling after disconnection. The second protective switching element is preferably designed and set up to restore the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding activation by the control device. The second protective switching element is preferably arranged between the second high-voltage connection and the connection point. If a second protective switching element is present, it is preferred according to the invention that the first protective switching element is arranged between the first high-voltage connection and the connection point, in particular between the first high-voltage connection and the second measuring element. This has the advantage that the electrical coupling of the first high-voltage connection and the second high-voltage connection can be separated separately from the active part.

Zum gezielten Ansteuern des ersten Schutzschaltelements weist die Schutzvorrichtung die Steuerungsvorrichtung auf. Die Steuerungsvorrichtung ist mit der Messvorrichtung datenkommunizierend gekoppelt, sodass der erste Parameterwert und der zweite Parameterwert von der Steuerungsvorrichtung ermittelbar sind. Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet und eingerichtet, das erste Schutzschaltelement in Abhängigkeit des von dem ersten Messelement gemessenen ersten Parameterwerts und/oder des von dem zweiten Messelement gemessenen zweiten Parameterwerts zu betätigen, beispielsweise wenn der erste Parameterwert oder der zweite Parameterwert einen vordefinierten ersten Grenzwert, ab welchem die Störsituation vorliegt, übersteigt. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet, das Schutzschaltelement in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem zweiten Parameterwert und dem ersten Parameterwert, also eines für den zweiten elektrischen Leiter geltenden dritten Parameterwerts, zu betätigen, beispielsweise wenn der dritte Parameterwert einen vordefinierten zweiten Grenzwert, ab welchem die Störsituation vorliegt, übersteigt. Der zweite Grenzwert ist vorzugsweise niedriger als der erste Grenzwert. Je nach Konfiguration handelt es sich bei diesem Schutzschaltelement bei Nichtvorhandensein des zweiten Schutzschaltelements um das erste Schutzschaltelement oder bei Vorhandensein des zweiten Schutzschaltelements um das zweite Schutzschaltelement.To specifically control the first protective switching element, the protective device has the control device. The control device is coupled to the measuring device in a data-communicating manner, so that the first parameter value and the second parameter value can be determined by the control device. The control device is designed and set up to actuate the first protective switching element depending on the first parameter value measured by the first measuring element and/or the second parameter value measured by the second measuring element, for example if the first parameter value or the second parameter value exceeds a predefined first limit value, from which the fault situation exists. Furthermore, the control device is designed and set up to actuate the protective switching element depending on the difference between the second parameter value and the first parameter value, i.e. a third parameter value applicable to the second electrical conductor, for example if the third parameter value has a predefined second limit value, from which the disruptive situation present, exceeds. The second limit is preferably lower than the first limit. Depending on the configuration, this protective switching element is the first protective switching element if the second protective switching element is not present or the second protective switching element if the second protective switching element is present.

Eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung hat gegenüber herkömmlichen Schutzvorrichtungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Störsituation des Hochvoltbatteriesystems erkennbar und der von der Störsituation betroffene Hochvoltanschluss von dem Aktivteil trennbar ist. Durch die elektrische Kopplung des zweiten elektrischen Leiters mit der Anschlussstelle zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement ist zum Bestimmen des dritten Parameterwerts kein zusätzliches Messelement erforderlich. Überdies kann auf eine Schmelzsicherung verzichtet werden, sodass die Variantenzahl des Batteriesystems reduzierbar ist.A protective device according to the invention has the advantage over conventional protective devices that a fault situation in the high-voltage battery system can be detected using simple means and in a cost-effective manner and the high-voltage connection affected by the fault situation can be separated from the active part. Due to the electrical coupling of the second electrical conductor to the connection point between the first measuring element and the second measuring element, no additional measuring element is required to determine the third parameter value. In addition, a fuse can be dispensed with, meaning that the number of battery system variants can be reduced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Schutzvorrichtung vorgesehen sein, dass das erste elektrische System einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs aufweist, und dass das zweite elektrische System als Bordnetz des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Alternativ kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das erste elektrische System als Bordnetz des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und dass das zweite elektrische System den Elektromotor aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der von der Störsituation betroffene Hochvoltanschluss von dem Aktivteil trennbar ist. Ein erstes elektrisches System mit dem Elektromotor hat zudem den Vorteil, dass das erste Messelement und das zweite Messelement baugleich ausführbar sind, da der erste Parameterwert und der zweite Parameterwert wesentlich höher als der dritte Parameterwert, also die Differenz zwischen dem ersten Parameterwert und dem zweiten Parameterwert, sind. Ein zweites elektrisches System mit dem Elektromotor hat den Vorteil, dass bei einem nicht bestromten Elektromotor der erste Parameterwert dem zweiten Parameterwert entspricht und somit ein Fehlerzustand des ersten Messelements oder des zweiten Messelements leicht ermittelbar ist. Ein Abschalten des Bordnetzes ist somit nicht erforderlich.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a protective device that the first electrical system has an electric motor for driving the motor vehicle, and that the second electrical system is designed as an on-board electrical system of the motor vehicle. Alternatively, it can be provided according to the invention that the first electrical system is designed as an on-board electrical system of the motor vehicle and that the second electrical system has the electric motor. This has the advantage that the high-voltage connection affected by the fault situation can be separated from the active part using simple means and in a cost-effective manner. A first electrical system with the electric motor also has the advantage that the first measuring element and the second measuring element can be designed to be identical in construction, since the first parameter value and the second parameter value are significantly higher than the third parameter value, i.e. the difference between the first parameter value and the second parameter value , are. A second electrical system with the electric motor has the advantage that, when the electric motor is not energized, the first parameter value corresponds to the second parameter value and thus an error state of the first measuring element or the second measuring element can be easily determined. It is therefore not necessary to switch off the on-board electrical system.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, einen Leerlaufzustand des zweiten elektrischen Systems, in welchem kein Strom durch den zweiten Hochvoltanschluss fließt, unabhängig von dem ersten Parameterwert und dem zweiten Parameterwert zu bestimmen, wobei die Steuerungsvorrichtung weiter ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem Leerlaufzustand des zweiten elektrischen Systems durch Vergleichen des ersten Parameterwerts mit dem zweiten Parameterwert einen Fehlerzustand des ersten Messelements oder des zweiten Messelements zu bestimmen. In dem Fall, dass das zweite elektrische System in einem Leerlaufzustand bzw. einem abgeschalteten Zustand ist, fließt durch den zweiten elektrischen Leiter kein Strom. Somit ist der dritte Parameterwert gleich null und der erste Parameterwert entspricht dem zweiten Parameterwert. Sollte die Messvorrichtung in diesem Zustand einen vom ersten Parameterwert abweichenden Parameterwert ermitteln, bedeutet dies, dass das erste Messelement oder das zweite Messelement einen Defekt aufweist, der ab einer vordefinierten Abweichung repariert werden sollte. Vorzugsweise ist die Schutzvorrichtung weiterausgebildet und eingerichtet, ein hierauf hinweisendes Warnsignal an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben, beispielsweise über eine Warnleuchte, eine Displayanzeige, einen Lautsprecher oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Fehlerzustand der Schutzvorrichtung frühzeitig erkennbar ist, sodass eine rasche Instandsetzung der Schutzvorrichtung initiierbar und somit das Risiko eines Nicht-Erkennens der Störsituation reduzierbar ist.It is preferred according to the invention that the control device is designed and set up to determine an idle state of the second electrical system, in which no current flows through the second high-voltage connection, independently of the first parameter value and the second parameter value, wherein the control device is further designed and set up , in an idle state of the second electrical system, to determine a fault state of the first measuring element or the second measuring element by comparing the first parameter value with the second parameter value. In the event that the second electrical system is in an idle state, no current flows through the second electrical conductor. Thus, the third parameter value is equal to zero and the first parameter value corresponds to the second parameter value. If the measuring device in this state determines a parameter value that deviates from the first parameter value, this means that the first measuring element or the second measuring element has a defect that should be repaired from a predefined deviation. The protective device is preferably further developed and set up to issue a warning signal indicating this to a driver of the motor vehicle, for example via a warning light, a display, a loudspeaker or the like. This has the advantage that a faulty state of the protective device can be detected at an early stage using simple means and in a cost-effective manner, so that a rapid repair of the protective device can be initiated and thus the risk of the malfunction situation not being recognized can be reduced.

Weiter bevorzugt ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet, das zweite Schutzschaltelement unabhängig von dem ersten Parameterwert und dem zweiten Parameterwert zu betätigen. Demnach ist es bevorzugt, dass die Unterbrechung der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses vom Aktivteil sowie die Wiederherstellung der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit dem Aktivteil unabhängig vom Betriebszustand des ersten elektrischen Systems durchführbar sind. Durch die Unterbrechung ist der Strom im zweiten elektrischen Leiter auf null reduzierbar, sodass der erste Parameterwert dem zweiten Parameterwert entsprechen sollte. Bei einer Abweichung des ersten Parameterwerts vom zweiten Parameterwert liegt ein Fehler der Messvorrichtung vor. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise nahezu jederzeit, beispielsweise in einem Parkzustand oder einem Haltezustand des Kraftfahrzeugs, eine gezielte Analyse der Messvorrichtung durchführbar ist.Further preferably, the control device is designed and set up to actuate the second protective switching element independently of the first parameter value and the second parameter value. Accordingly, it is preferred that the interruption of the electrical coupling of the second high-voltage connection to the active part and the restoration of the electrical coupling of the second high-voltage connection to the active part can be carried out independently of the operating state of the first electrical system. The interruption allows the current in the second electrical conductor to be reduced to zero, so that the first parameter value should correspond to the second parameter value. If the first parameter value deviates from the second parameter value, there is an error in the measuring device. This has the advantage that a targeted analysis of the measuring device can be carried out using simple means and in a cost-effective manner almost at any time, for example when the motor vehicle is parked or stopped.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Schutzvorrichtung vorgesehen sein, dass das erste Messelement und das zweite Messelement jeweils als Hallsensor oder als Shuntwiderstand ausgebildet sind. Alternativ kann das erste Messelement als Hallsensor und das zweite Messelement als Shuntwiderstand oder das erste Messelement als Shuntwiderstand und das zweite Messelement als Hallsensor ausgebildet sein. Mittels eines Hallsensors sind elektrische Felder messbar und somit die Stromstärken ermittelbar. Mittels eines Shuntwiderstands sind Stromstärken direkt messbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine zuverlässige Detektion der Störsituation gewährleistet ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided in a protective device that the first measuring element and the second measuring element are each designed as a Hall sensor or as a shunt resistor. Alternatively, the first measuring element can be used as a Hall sensor and the second measuring element can be used as a shunt resistor or the first measuring element can be used as a shunt resistor and the second measuring element can be designed as a Hall sensor. Using a Hall sensor, electrical fields can be measured and the current strengths can therefore be determined. Current strengths can be measured directly using a shunt resistor. This has the advantage that reliable detection of the fault situation is guaranteed using simple means and in a cost-effective manner.

Vorzugsweise ist das erste Schutzschaltelement zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung zwischen der Anschlussstelle und dem ersten Hochvoltanschluss ausgebildet und eingerichtet. Mit anderen Worten führt eine Unterbrechung durch das erste Schutzschaltelement zu einem zweiten Parameterwert von null. Es fließt kein Strom durch den ersten Hochvoltanschluss. Der zweite Parameterwert entspricht in diesem Fall dem Stromfluss durch den zweiten elektrischen Leiter. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der Stromfluss zum ersten Hochvoltanschluss unterbrechbar und ein weiterer Betrieb des zweiten elektrischen Systems weiterhin gewährleistet ist.Preferably, the first protective switching element is designed and set up to interrupt the electrical coupling between the connection point and the first high-voltage connection. In other words, an interruption by the first protective switching element leads to a second parameter value of zero. No current flows through the first high-voltage connection. In this case, the second parameter value corresponds to the current flow through the second electrical conductor. This has the advantage that the current flow to the first high-voltage connection can be interrupted using simple means and in a cost-effective manner and continued operation of the second electrical system is still guaranteed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzvorrichtung einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur zwischen dem Aktivteil der Hochvoltbatterie und der Anschlussstelle auf, wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, das erste Schutzschaltelement und/oder das zweite Schutzschaltelement in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zu betätigen. Neben hohen Strömen kann auch eine zu hohe Batterietemperatur zu einer Beschädigung der Hochvoltbatterie führen. Die Batterietemperatur wird von mehreren Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise einem Ladestrom, einem Entladestrom, einer Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs, einer Kühlleistung einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Hochvoltbatterie oder dergleichen. Fällt beispielsweise die Kühlvorrichtung aus, können bereits mittelhohe Batterieströme zu einer Überhitzung der Hochvoltbatterie führen. Mittels des Temperatursensors ist eine Überhitzung bzw. bevorstehende Überhitzung der Hochvoltbatterie detektierbar und durch gezieltes Eingreifen der Steuerungsvorrichtung verhinderbar. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, anhand eines Kennfelds oder Algorithmus die jeweiligen Schutzschaltelemente in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur und der Parameterwerte zu betätigen. Ein Trennen der elektrischen Kopplung erfolgt somit vorzugsweise bei höheren Temperaturwerten schon bei geringeren Parameterwerten und entsprechend umgekehrt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Betriebssicherheit des Batteriesystems weiter verbessert ist.According to a preferred embodiment of the invention, the protective device has a temperature sensor for measuring a temperature between the active part of the high-voltage battery and the connection point, wherein the control device is designed and set up to actuate the first protective switching element and / or the second protective switching element depending on the measured temperature. In addition to high currents, too high a battery temperature can also lead to damage to the high-voltage battery. The battery temperature is influenced by several factors, such as a charging current, a discharging current, an ambient temperature of the motor vehicle, a cooling capacity of a cooling device for cooling the high-voltage battery or the like. For example, if the cooling device fails, even medium-high battery currents can lead to the high-voltage battery overheating. Using the temperature sensor, overheating or impending overheating of the high-voltage battery can be detected and prevented by targeted intervention by the control device. The control device is preferably designed and set up to actuate the respective protective switching elements depending on the measured temperature and the parameter values using a map or algorithm. The electrical coupling is therefore preferably separated at higher temperature values, even at lower parameter values, and vice versa. This has the advantage that the operational reliability of the battery system is further improved using simple means and in a cost-effective manner.

Besonders bevorzugt weist die Schutzvorrichtung eine Schaltvorrichtung zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit der Anschlussstelle sowie zum gleichzeitigen Herstellen einer elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit einem Bereich des ersten elektrischen Leiters zwischen dem ersten Messelement und dem Aktivteil auf. Unter einem gleichzeitigen Herstellen einer elektrischen Kopplung wird im Rahmen der Erfindung verstanden, dass eine elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit dem Aktivteil während des gesamten Schaltvorgangs bestehen bleibt. Die Schaltvorrichtung ist vorzugsweise mittels der Steuerungsvorrichtung betätigbar. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, nach dem Schaltvorgang eine Diagnose der Messvorrichtung und nach Abschluss der Diagnose einen Rückschaltvorgang zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit dem Bereich des ersten elektrischen Leiters zwischen dem ersten Messelement und dem Aktivteil sowie zum gleichzeitigen Herstellen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses mit der Anschlussstelle durchzuführen. Zwischen dem Schaltvorgang und dem Rückschaltvorgang ist eine Überwachung des zweiten Hochvoltanschlusses mittels der Messvorrichtung nicht möglich, daher ist dieser Zeitraum vorzugsweise auf die Dauer des Diagnosevorgangs beschränkt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Diagnose der Messvorrichtung durchführbar ist, ohne dass hierfür das zweite elektrische System des Kraftfahrzeugs stromlos geschaltet werden muss. Die Funktionen des zweiten elektrischen Systems bleiben somit erhalten.Particularly preferably, the protective device has a switching device for interrupting the electrical coupling of the second high-voltage connection with the connection point and for simultaneously establishing an electrical coupling of the second high-voltage connection with a region of the first electrical conductor between the first measuring element and the active part. In the context of the invention, simultaneous establishment of an electrical coupling means that an electrical coupling of the second high-voltage connection to the active part remains during the entire switching process. The switching device can preferably be actuated by means of the control device. The control device is preferably designed and set up to provide a diagnosis of the measuring device after the switching process and, after completion of the diagnosis, a switch-back process to interrupt the electrical coupling of the second high-voltage connection to the area of the first electrical conductor between the first measuring element and the active part and to simultaneously establish the electrical Coupling the second high-voltage connection with the connection point must be carried out. Between the switching process and the downshifting process, monitoring of the second high-voltage connection using the measuring device is not possible, therefore this period is preferably limited to the duration of the diagnostic process. This has the advantage that a diagnosis of the measuring device can be carried out using simple means and in a cost-effective manner, without the second electrical system of the motor vehicle having to be switched off for this purpose. The functions of the second electrical system are therefore retained.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Hochvoltbatteriesystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Hochvoltbatteriesystem weist eine Hochvoltbatterie auf. Die Hochvoltbatterie weist einen ersten elektrischen Leiter mit einem ersten Hochvoltanschluss zum elektrischen Koppeln mit einem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs sowie einen zweiten elektrischen Leiter mit einem zweiten Hochvoltanschluss zum elektrischen Koppeln mit einem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das Hochvoltbatteriesystem eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung auf.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a high-voltage battery system for a motor vehicle. The high-voltage battery system has a high-voltage battery. The high-voltage battery has a first electrical conductor with a first high-voltage connection for electrical coupling to a first electrical system of the motor vehicle and a second electrical conductor with a second high-voltage connection for electrical coupling to a second electrical system of the motor vehicle. According to the invention, the high-voltage battery system has a protective device according to the invention.

Die Hochvoltbatterie weist vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf. Überdies weist die Hochvoltbatterie den ersten elektrischen Leiter auf, mittels welcher der Aktivteil mit dem ersten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt ist. Der erste elektrische Leiter sowie der Aktivteil sind vorzugsweise innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der erste Hochvoltanschluss ist zum elektrischen Koppeln der Hochvoltbatterie mit dem ersten elektrischen System des Kraftfahrzeugs ausgebildet und eingerichtet. Vorzugsweise ist der erste Hochvoltanschluss außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Ferner weist die Hochvoltbatterie den zweiten elektrischen Leiter auf, mittels welcher der Aktivteil mit dem zweiten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt ist. Der zweite elektrische Leiter ist vorzugsweise ebenfalls innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der zweite Hochvoltanschluss ist zum elektrischen Koppeln der Hochvoltbatterie mit dem zweiten elektrischen System des Kraftfahrzeugs ausgebildet und eingerichtet. Vorzugsweise ist der zweite Hochvoltanschluss außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Der Aktivteil weist vorzugsweise Batteriezellen, insbesondere Pouchzellen, oder dergleichen auf.The high-voltage battery preferably has a battery housing. In addition, the high-voltage battery has the first electrical conductor, by means of which the active part is electrically coupled to the first high-voltage connection. The first electrical conductor and the active part are preferably arranged within the battery housing. The first high-voltage connection is for electrical coupling High-voltage battery designed and set up with the first electrical system of the motor vehicle. The first high-voltage connection is preferably arranged outside the battery housing. Furthermore, the high-voltage battery has the second electrical conductor, by means of which the active part is electrically coupled to the second high-voltage connection. The second electrical conductor is preferably also arranged within the battery housing. The second high-voltage connection is designed and set up for electrically coupling the high-voltage battery to the second electrical system of the motor vehicle. The second high-voltage connection is preferably arranged outside the battery housing. The active part preferably has battery cells, in particular pouch cells, or the like.

Zum Detektieren der Störsituation weist die Schutzvorrichtung die Messvorrichtung auf. Die Messvorrichtung weist wie eine herkömmliche Messvorrichtung die Reihenschaltung aus dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement auf. Die Messelemente sind zum Messen des Messparameters, wie beispielsweise der Stromstärke, ausgebildet, wobei das erste Messelement zum Messen des ersten Parameterwerts des Messparameters und das zweite Messelement zum Messen des zweiten Parameterwerts des Messparameters ausgebildet ist. Somit ist das erste Messelement zum Messen des Messparameters an einer ersten Stelle des ersten elektrischen Leiters und das zweite Messelement zum Messen des Messparameters an einer zweiten Stelle des ersten elektrischen Leiters ausgebildet. Der Messparameter ist erfindungsgemäß ein Parameter, welcher für die Belastung der Hochvoltbatterie aussagekräftig ist, wie beispielsweise eine Stromstärke, ein von einem elektrischen Strom bewirktes elektrisches Feld oder dergleichen.To detect the fault situation, the protective device has the measuring device. Like a conventional measuring device, the measuring device has the series connection of the first measuring element and the second measuring element. The measuring elements are designed to measure the measurement parameter, such as the current strength, wherein the first measuring element is designed to measure the first parameter value of the measurement parameter and the second measuring element is designed to measure the second parameter value of the measurement parameter. Thus, the first measuring element is designed to measure the measurement parameter at a first location on the first electrical conductor and the second measuring element is designed to measure the measurement parameter at a second location on the first electrical conductor. According to the invention, the measurement parameter is a parameter which is meaningful for the load on the high-voltage battery, such as a current intensity, an electric field caused by an electric current or the like.

Zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement ist die Anschlussstelle angeordnet. Der zweite elektrische Leiter ist mit der Anschlussstelle sowie dem zweiten Hochvoltanschluss elektrisch gekoppelt. Demnach ist der erste Parameterwert von einer Gesamtstromstärke abhängig, welche sich aus einer Summe einer durch den ersten Hochvoltanschluss fließenden ersten Stromstärke und einer durch den zweiten Hochvoltanschluss fließenden zweiten Stromstärke ergibt. Der zweite Parameterwert entspricht der durch den ersten Hochvoltanschluss fließenden ersten Stromstärke.The connection point is arranged between the first measuring element and the second measuring element. The second electrical conductor is electrically coupled to the connection point and the second high-voltage connection. Accordingly, the first parameter value is dependent on a total current intensity, which results from a sum of a first current intensity flowing through the first high-voltage connection and a second current intensity flowing through the second high-voltage connection. The second parameter value corresponds to the first current intensity flowing through the first high-voltage connection.

Zum Trennen der elektrischen Kopplung des Aktivteils von dem ersten Hochvoltanschluss weist die Schutzvorrichtung das erste Schutzschaltelement auf. Zum Trennen der elektrischen Kopplung des Aktivteils von dem zweiten Hochvoltanschluss weist die Schutzvorrichtung das zweite Schutzschaltelement auf. Das erste Schutzschaltelement und das zweite Schutzschaltelement sind vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Trennen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen. Das erste Schutzschaltelement und/oder das zweite Schutzschaltelement können beispielsweise ein Relais, einen Pyroschalter oder dergleichen aufweisen. Vorzugsweise ist das erste Schutzschaltelement und/oder das zweite Schutzschaltelement ausgebildet und eingerichtet, die jeweilige elektrische Kopplung nach dem Trennen wiederherzustellen. Das erste Schutzschaltelement und das zweite Schutzschaltelement sind vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, das Wiederherstellen der elektrischen Kopplung nur durch Fremdbetätigung, wie beispielsweise einer entsprechenden Ansteuerung durch die Steuerungsvorrichtung, auszuführen.To separate the electrical coupling of the active part from the first high-voltage connection, the protective device has the first protective switching element. To separate the electrical coupling of the active part from the second high-voltage connection, the protective device has the second protective switching element. The first protective switching element and the second protective switching element are preferably designed and set up to carry out the separation of the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding activation by the control device. The first protective switching element and/or the second protective switching element can have, for example, a relay, a pyro switch or the like. Preferably, the first protective switching element and/or the second protective switching element is designed and set up to restore the respective electrical coupling after disconnection. The first protective switching element and the second protective switching element are preferably designed and set up to restore the electrical coupling only through external actuation, such as a corresponding activation by the control device.

Zum gezielten Ansteuern des ersten Schutzschaltelements weist die Schutzvorrichtung die Steuerungsvorrichtung auf. Die Steuerungsvorrichtung ist mit der Messvorrichtung datenkommunizierend gekoppelt, sodass der erste Parameterwert und der zweite Parameterwert von der Steuerungsvorrichtung ermittelbar sind. Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet und eingerichtet, das erste Schutzschaltelement in Abhängigkeit des von dem ersten Messelement gemessenen ersten Parameterwerts und/oder des von dem zweiten Messelement gemessenen zweiten Parameterwerts zu betätigen, beispielsweise wenn der erste Parameterwert oder der zweite Parameterwert einen vordefinierten ersten Grenzwert, ab welchem die Störsituation vorliegt, übersteigt. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet, das zweite Schutzschaltelement in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem zweiten Parameterwert und dem ersten Parameterwert, also eines für den zweiten elektrischen Leiter geltenden dritten Parameterwerts, zu betätigen, beispielsweise wenn der dritte Parameterwert einen vordefinierten zweiten Grenzwert, ab welchem die Störsituation vorliegt, übersteigt. Der zweite Grenzwert ist vorzugsweise niedriger als der erste Grenzwert.To specifically control the first protective switching element, the protective device has the control device. The control device is coupled to the measuring device in a data-communicating manner, so that the first parameter value and the second parameter value can be determined by the control device. The control device is designed and set up to actuate the first protective switching element depending on the first parameter value measured by the first measuring element and/or the second parameter value measured by the second measuring element, for example if the first parameter value or the second parameter value exceeds a predefined first limit value, from which the fault situation exists. Furthermore, the control device is designed and set up to actuate the second protective switching element depending on the difference between the second parameter value and the first parameter value, i.e. a third parameter value applicable to the second electrical conductor, for example if the third parameter value has a predefined second limit value, from which the fault situation exists. The second limit is preferably lower than the first limit.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochvoltbatteriesystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Schutzvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Hochvoltbatteriesystem gegenüber herkömmlichen Hochvoltbatteriesystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Störsituation des Hochvoltbatteriesystems erkennbar und der von der Störsituation betroffene Hochvoltanschluss von dem Aktivteil trennbar ist. Durch die elektrische Kopplung des zweiten elektrischen Leiters mit der Anschlussstelle zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement ist zum Bestimmen des dritten Parameterwerts kein zusätzliches Messelement erforderlich. Überdies kann auf eine Schmelzsicherung verzichtet werden, sodass die Variantenzahl des Batteriesystems reduzierbar ist.The high-voltage battery system according to the invention has all the advantages that have already been described for a protective device according to the first aspect of the invention. Accordingly, the high-voltage battery system according to the invention has the advantage over conventional high-voltage battery systems that a fault situation in the high-voltage battery system can be detected using simple means and in a cost-effective manner and the high-voltage connection affected by the fault situation can be separated from the active part. By electrically coupling the second electrical conductor to the connection point between the first Measuring element and the second measuring element, no additional measuring element is required to determine the third parameter value. In addition, a fuse can be dispensed with, meaning that the number of battery system variants can be reduced.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Antriebssystem zum Betreiben des Elektromotors ein erfindungsgemäßes Hochvoltbatteriesystem auf.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle. The motor vehicle has an electric drive system with an electric motor for driving the motor vehicle. According to the invention, the electric drive system for operating the electric motor has a high-voltage battery system according to the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Schutzvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Hochvoltbatteriesystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Störsituation des Hochvoltbatteriesystems erkennbar und der von der Störsituation betroffene Hochvoltanschluss von dem Aktivteil trennbar ist. Durch die elektrische Kopplung des zweiten elektrischen Leiters mit der Anschlussstelle zwischen dem ersten Messelement und dem zweiten Messelement ist zum Bestimmen des dritten Parameterwerts kein zusätzliches Messelement erforderlich. Überdies kann auf eine Schmelzsicherung verzichtet werden, sodass die Variantenzahl des Batteriesystems reduzierbar ist.The motor vehicle according to the invention has all the advantages that have already been described for a protective device according to the first aspect of the invention and for a high-voltage battery system according to the second aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that a fault situation in the high-voltage battery system can be detected using simple means and in a cost-effective manner and the high-voltage connection affected by the fault situation can be separated from the active part. Due to the electrical coupling of the second electrical conductor to the connection point between the first measuring element and the second measuring element, no additional measuring element is required to determine the third parameter value. In addition, a fuse can be dispensed with, meaning that the number of battery system variants can be reduced.

Eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung, ein erfindungsgemäßes Hochvoltbatteriesystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 in einer Schnittdarstellung ein Hochvoltbatteriesystem gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 in einer Schnittdarstellung ein Hochvoltbatteriesystem gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 in einer Schnittdarstellung ein Hochvoltbatteriesystem gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
A protective device according to the invention, a high-voltage battery system according to the invention and a motor vehicle according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They show schematically:
  • 1 in a sectional view a high-voltage battery system according to a preferred first embodiment of the invention,
  • 2 in a sectional view a high-voltage battery system according to a preferred second embodiment of the invention,
  • 3 in a sectional view a high-voltage battery system according to a preferred third embodiment of the invention, and
  • 4 in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are in the 1 until 4 each provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Das Hochvoltbatteriesystem 2 weist eine Hochvoltbatterie 4 mit einem Batteriegehäuse 24, einem innerhalb des Batteriegehäuses 24 angeordneten Aktivteil 15 zum Speichern elektrischer Energie, einen mit dem Aktivteil 15 elektrisch gekoppelten ersten elektrischen Leiter 7 mit einem ersten Hochvoltanschluss 8 und einen an einer Anschlussstelle 17 mit dem ersten elektrischen Leiter 7 elektrisch gekoppelten zweiten elektrischen Leiter 9 mit einem zweiten Hochvoltanschluss 10 auf. Der erste Hochvoltanschluss 8 ist zum elektrischen Koppeln des Hochvoltbatteriesystems 2 mit einem ersten elektrischen System 5 (vgl. 4) eines Kraftfahrzeugs 3 (vgl. 4) ausgebildet und aus dem Batteriegehäuse 24 herausgeführt. Der zweite Hochvoltanschluss 10 ist zum elektrischen Koppeln des Hochvoltbatteriesystems 2 mit einem zweiten elektrischen System 6 (vgl. 4) des Kraftfahrzeugs 3 ausgebildet und ebenfalls aus dem Batteriegehäuse 24 herausgeführt.In 1 is a high-voltage battery system 2 according to the preferred first embodiment of the invention shown schematically in a sectional view. The high-voltage battery system 2 has a high-voltage battery 4 with a battery housing 24, an active part 15 arranged within the battery housing 24 for storing electrical energy, a first electrical conductor 7 electrically coupled to the active part 15 with a first high-voltage connection 8 and one at a connection point 17 with the first electrical conductor 7 electrically coupled second electrical conductor 9 with a second high-voltage connection 10. The first high-voltage connection 8 is for electrically coupling the high-voltage battery system 2 with a first electrical system 5 (cf. 4 ) of a motor vehicle 3 (cf. 4 ) formed and led out of the battery housing 24. The second high-voltage connection 10 is for electrically coupling the high-voltage battery system 2 with a second electrical system 6 (cf. 4 ) of the motor vehicle 3 and also led out of the battery housing 24.

Zum Überwachen der durch den ersten elektrischen Leiter 7 und den zweiten elektrischen Leiter 9 fließenden Ströme weist das Hochvoltbatteriesystem 2 eine Messvorrichtung 11 auf. Die Messvorrichtung 11 ist innerhalb des Batteriegehäuses 24 neben dem Aktivteil 15 angeordnet. Die Messvorrichtung 11 weist ein am ersten elektrischen Leiter 7 zwischen dem Aktivteil 15 und der Anschlussstelle 17 angeordnetes erstes Messelement 12 und ein am ersten elektrischen Leiter 7 zwischen der Anschlussstelle 17 und dem ersten Hochvoltanschluss 8 angeordnetes zweites Messelement 13 auf. Das erste Messelement 12 und das zweite Messelement 13 können beispielsweise als Shuntwiderstände zum Messen einer Stromstärke oder als Hallsensoren zum Messen eines elektrischen Felds zum Bestimmen der Stromstärke ausgebildet sein. Zwischen dem zweiten Messelement 13 und dem ersten Hochvoltanschluss 8 ist ein erstes Schutzschaltelement 14 zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des ersten Hochvoltanschlusses 8 vom Aktivteil 15 angeordnet. Alternativ kann das erste Schutzschaltelement 14 auch zwischen der Anschlussstelle 17 und dem ersten Messelement 12 angeordnet sein. Zwischen der Anschlussstelle 17 und dem zweiten Hochvoltanschluss 10 ist ein zweites Schutzschaltelement 18 zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses 10 vom Aktivteil 15 angeordnet.To monitor the currents flowing through the first electrical conductor 7 and the second electrical conductor 9, the high-voltage battery system 2 has a measuring device 11. The measuring device 11 is arranged inside the battery housing 24 next to the active part 15. The measuring device 11 has a first measuring element 12 arranged on the first electrical conductor 7 between the active part 15 and the connection point 17 and a second measuring element 13 arranged on the first electrical conductor 7 between the connection point 17 and the first high-voltage connection 8. The first measuring element 12 and the second measuring element 13 can be designed, for example, as shunt resistors for measuring a current intensity or as Hall sensors for measuring an electric field to determine the current intensity. A first protective switching element 14 for interrupting the electrical coupling of the first high-voltage connection 8 from the active part 15 is arranged between the second measuring element 13 and the first high-voltage connection 8. Alternatively, the first protective switching element 14 can also be arranged between the connection point 17 and the first measuring element 12. A second protective switching element 18 for interrupting the electrical coupling of the second high-voltage connection 10 from the active part 15 is arranged between the connection point 17 and the second high-voltage connection 10.

Ferner weist das Hochvoltbatteriesystem 2 eine Steuerungsvorrichtung 16 auf, die zum Auswerten der Messdaten des ersten Messelements 12 und des zweiten Messelements 13 ausgebildet und eingerichtet ist. Mittels des zweiten Messelements 13 kann die Steuerungsvorrichtung 16 eine Stromstärke am ersten Hochvoltanschluss 8 bestimmen. Durch Differenzbildung zwischen dem ersten Messelement 12 und dem zweiten Messelement 13 kann die Steuerungsvorrichtung 16 eine Stromstärke am zweiten Hochvoltanschluss 10 bestimmen. Zudem ist die Steuerungsvorrichtung 16 ausgebildet, das erste Schutzschaltelement 14 und das zweite Schutzschaltelement 18 unabhängig voneinander in Abhängigkeit der bestimmten Stromstärken zu betätigen, beispielsweise bei Überschreiten einer vordefinierten maximal zulässigen Stromstärke. Die Steuerungsvorrichtung 16 ist somit ausgebildet und eingerichtet, das Überschreiten der vordefinierten maximalen Stromstärke am ersten Hochvoltanschluss 8 zu detektieren und das erste Schutzschaltelement 14 zu betätigen, um die elektrische Kopplung des ersten Hochvoltanschlusses 8 vom Aktivteil 15 zu unterbrechen. Ebenso ist die Steuerungsvorrichtung 16 ausgebildet und eingerichtet, das Überschreiten der vordefinierten maximalen Stromstärke am zweiten Hochvoltanschluss 10 zu detektieren und das zweite Schutzschaltelement 18 zu betätigen, um die elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses 10 vom Aktivteil 15 zu unterbrechen. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Schutzschaltelement 14 auch zwischen dem Aktivteil 15 und der Anschlussstelle 17 angeordnet sein. In diesem Fall ist das zweite Schutzschaltelement 18 nicht mehr erforderlich.Furthermore, the high-voltage battery system 2 has a control device 16, which is designed and set up to evaluate the measurement data of the first measuring element 12 and the second measuring element 13. By means of the second measuring element 13, the control device 16 can measure a current intensity at the first high-voltage connection 8. By forming a difference between the first measuring element 12 and the second measuring element 13, the control device 16 can determine a current intensity at the second high-voltage connection 10. In addition, the control device 16 is designed to actuate the first protective switching element 14 and the second protective switching element 18 independently of one another depending on the specific current strengths, for example when a predefined maximum permissible current strength is exceeded. The control device 16 is thus designed and set up to detect the exceeding of the predefined maximum current at the first high-voltage connection 8 and to actuate the first protective switching element 14 in order to interrupt the electrical coupling of the first high-voltage connection 8 to the active part 15. Likewise, the control device 16 is designed and set up to detect the exceeding of the predefined maximum current at the second high-voltage connection 10 and to actuate the second protective switching element 18 in order to interrupt the electrical coupling of the second high-voltage connection 10 to the active part 15. In an alternative embodiment, the first protective switching element 14 can also be arranged between the active part 15 and the connection point 17. In this case, the second protective switching element 18 is no longer required.

2 zeigt ein Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung. Das Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich vom Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in einem zusätzlichen Temperatursensor 21, welcher im Bereich des Aktivteils 15 angeordnet ist. Der Temperatursensor 21 ist vorzugsweise zum Messen einer Temperatur des Aktivteils 15 und/oder des ersten elektrischen Leiters 7 ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung 16 ist ausgebildet und eingerichtet, die Messdaten des Temperatursensors 21 zu empfangen und bei der Betätigung des ersten Schutzschaltelements 14 und/oder des zweiten Schutzschaltelements 18 zu berücksichtigen, um ein Überhitzen der Hochvoltbatterie 4 zu vermeiden. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Schutzschaltelement 14 auch zwischen dem Aktivteil 15 und der Anschlussstelle 17 angeordnet sein. In diesem Fall ist das zweite Schutzschaltelement 18 nicht mehr erforderlich. 2 shows a high-voltage battery system 2 according to the preferred second embodiment of the invention schematically in a sectional view. The high-voltage battery system 2 according to the preferred second embodiment of the invention differs from the high-voltage battery system 2 according to the preferred first embodiment of the invention in an additional temperature sensor 21, which is arranged in the area of the active part 15. The temperature sensor 21 is preferably designed to measure a temperature of the active part 15 and/or the first electrical conductor 7. The control device 16 is designed and set up to receive the measurement data of the temperature sensor 21 and to take them into account when actuating the first protective switching element 14 and/or the second protective switching element 18 in order to avoid overheating of the high-voltage battery 4. In an alternative embodiment, the first protective switching element 14 can also be arranged between the active part 15 and the connection point 17. In this case, the second protective switching element 18 is no longer required.

In 3 ist ein Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Schnittdarstellung dargestellt. Das Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich vom Hochvoltbatteriesystem 2 gemäß der bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in einer zusätzlichen Schaltvorrichtung 22, welche zwischen der Anschlussstelle 17 und dem zweiten Schutzschaltelement 18 am zweiten elektrischen Leiter 9 angeordnet ist. Die Schaltvorrichtung 22 ist ausgebildet und eingerichtet, in einer Normalstellung das zweite Schutzschaltelement 18 mit der Anschlussstelle 17 elektrisch zu koppeln und von einem Bereich des ersten elektrischen Leiters 7 zwischen dem Aktivteil 15 und dem ersten Messelement 12 elektrisch zu entkoppeln. Ferner ist die Schaltvorrichtung 22 ausgebildet und eingerichtet, in einer Diagnosestellung das zweite Schutzschaltelement 18 mit dem Bereich des ersten elektrischen Leiters 7 zwischen dem Aktivteil 15 und dem ersten Messelement 12 elektrisch zu koppeln und von der Anschlussstelle 17 elektrisch zu entkoppeln. Die Schaltvorrichtung 22 ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, während des Schaltvorgangs stets eine direkte oder indirekte elektrische Kopplung des zweiten Schutzschaltelements 18 mit dem Aktivteil 15 zu gewährleisten. Die Steuerungsvorrichtung 16 ist ausgebildet, die Schaltvorrichtung 22 zu betätigen und in der Diagnosestellung eine Diagnose des ersten Messelements 12 sowie des zweiten Messelements 13 durchzuführen. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Schutzschaltelement 14 auch zwischen dem Aktivteil 15 und der Anschlussstelle 17 angeordnet sein. In diesem Fall ist das zweite Schutzschaltelement 18 nicht mehr erforderlich.In 3 is a high-voltage battery system 2 according to the preferred third embodiment of the invention shown schematically in a sectional view. The high-voltage battery system 2 according to the preferred third embodiment of the invention differs from the high-voltage battery system 2 according to the preferred first embodiment of the invention in an additional switching device 22, which is arranged between the connection point 17 and the second protective switching element 18 on the second electrical conductor 9. The switching device 22 is designed and set up to electrically couple the second protective switching element 18 to the connection point 17 in a normal position and to electrically decouple it from a region of the first electrical conductor 7 between the active part 15 and the first measuring element 12. Furthermore, the switching device 22 is designed and set up to electrically couple the second protective switching element 18 with the area of the first electrical conductor 7 between the active part 15 and the first measuring element 12 in a diagnostic position and to electrically decouple it from the connection point 17. The switching device 22 is preferably designed and set up to always ensure a direct or indirect electrical coupling of the second protective switching element 18 to the active part 15 during the switching process. The control device 16 is designed to actuate the switching device 22 and to carry out a diagnosis of the first measuring element 12 and the second measuring element 13 in the diagnostic position. In an alternative embodiment, the first protective switching element 14 can also be arranged between the active part 15 and the connection point 17. In this case, the second protective switching element 18 is no longer required.

4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 3 in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 3 weist ein erstes elektrisches System 5 mit einem Elektromotor 19 und einer Leistungselektronik 25 zum Ansteuern des Elektromotors 19 auf. Überdies weist das Kraftfahrzeug 3 ein als Bordnetz 20 ausgebildetes zweites elektrisches System 6 auf. Das zweite elektrische System 6 weist vorzugsweise einen Spannungswandler zum Reduzieren einer Spannung der Hochvoltbatterie auf eine Betriebsspannung des Bordnetzes 20 auf. Ferner weist das Kraftfahrzeug 3 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 2 mit einer Hochvoltbatterie 4 und einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 auf. Ein erster Hochvoltanschluss 8 (vgl. 1) des Batteriesystems 2 ist mit dem ersten elektrischen System 5 elektrisch gekoppelt. Ein zweiter Hochvoltanschluss 10 (vgl. 1) des Batteriesystems 2 ist mit dem zweiten elektrischen System 6 elektrisch gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Schutzschaltelement 14 auch zwischen dem Aktivteil 15 und der Anschlussstelle 17 angeordnet sein. In diesem Fall ist das zweite Schutzschaltelement 18 nicht mehr erforderlich. 4 shows a preferred embodiment of a motor vehicle 3 according to the invention in a side view. The motor vehicle 3 has a first electrical system 5 with an electric motor 19 and power electronics 25 for controlling the electric motor 19. In addition, the motor vehicle 3 has a second electrical system 6 designed as an on-board electrical system 20. The second electrical system 6 preferably has a voltage converter for reducing a voltage of the high-voltage battery to an operating voltage of the vehicle electrical system 20. Furthermore, the motor vehicle 3 has a battery system 2 according to the invention with a high-voltage battery 4 and a protective device 1 according to the invention. A first high-voltage connection 8 (cf. 1 ) of the battery system 2 is electrically coupled to the first electrical system 5. A second high-voltage connection 10 (cf. 1 ) of the battery system 2 is electrically coupled to the second electrical system 6. In an alternative embodiment, the first protective switching element 14 can also be arranged between the active part 15 and the connection point 17. In this case, the second protective switching element 18 is no longer required.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
SchutzvorrichtungProtective device
22
HochvoltbatteriesystemHigh voltage battery system
33
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
HochvoltbatterieHigh voltage battery
55
erstes elektrisches Systemfirst electrical system
66
zweites elektrisches Systemsecond electrical system
77
erster elektrischer Leiterfirst electrical conductor
88th
erster Hochvoltanschlussfirst high-voltage connection
99
zweiter elektrischer Leitersecond electrical conductor
1010
zweiter Hochvoltanschlusssecond high-voltage connection
1111
MessvorrichtungMeasuring device
1212
erstes Messelementfirst measuring element
1313
zweites Messelementsecond measuring element
1414
erstes Schutzschaltelementfirst protective switching element
1515
AktivteilActive part
1616
SteuerungsvorrichtungControl device
1717
AnschlussstelleConnection point
1818
zweites Schutzschaltelementsecond protective switching element
1919
ElektromotorElectric motor
2020
BordnetzOn-board electrical system
2121
TemperatursensorTemperature sensor
2222
SchaltvorrichtungSwitching device
2323
elektrisches Antriebssystemelectric drive system
2424
BatteriegehäuseBattery case
2525
LeistungselektronikPower electronics

Claims (10)

Schutzvorrichtung (1) für ein Hochvoltbatteriesystem (2) für ein Kraftfahrzeug (3) zum gezielten elektrischen Entkoppeln einer Hochvoltbatterie (4) des Hochvoltbatteriesystems (2) in einer Störsituation von einem ersten elektrischen System (5) des Kraftfahrzeugs (3) und einem zweiten elektrischen System (6) des Kraftfahrzeugs (3), wobei die Hochvoltbatterie (4) einen ersten elektrischen Leiter (7) mit einem ersten Hochvoltanschluss (8) zum elektrischen Koppeln mit dem ersten elektrischen System (5) sowie einen zweiten elektrischen Leiter (9) mit einem zweiten Hochvoltanschluss (10) zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten elektrischen System (6) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) eine Messvorrichtung (11) mit einer Reihenschaltung aufweist, wobei die Reihenschaltung ein erstes Messelement (12) zum Messen eines ersten Parameterwerts eines Messparameters des ersten elektrischen Leiters (7) und ein mit dem ersten Messelement (12) in Reihe geschaltetes zweites Messelement (13) zum Messen eines zweiten Parameterwerts des Messparameters des ersten elektrischen Leiters (7) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) ein erstes Schutzschaltelement (14) zum elektrischen Trennen des ersten Hochvoltanschlusses (8) von einem Aktivteil (15) der Hochvoltbatterie (4) und ein zweites Schutzschaltelement (18) zum elektrischen Trennen des zweiten Hochvoltanschlusses (10) vom Aktivteil (15) aufweist, wobei die Schutzvorrichtung (1) eine Steuerungsvorrichtung (16) zum Betätigen des ersten Schutzschaltelements (14) in Abhängigkeit des von dem ersten Messelement (12) gemessenen ersten Parameterwerts und/oder des von dem zweiten Messelement (13) gemessenen zweiten Parameterwerts aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein batterieseitiges Ende des zweiten elektrischen Leiters (9) mit einer Anschlussstelle (17) des ersten elektrischen Leiters (7) zwischen dem ersten Messelement (12) und dem zweiten Messelement (13) elektrisch gekoppelt ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist, das erste Schutzschaltelement (14) oder ein zweites Schutzschaltelement (18) der Schutzvorrichtung (1) in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem zweiten Parameterwert und dem ersten Parameterwert zu betätigen, wobei durch die Betätigung des zweiten Schutzschaltelements (18) eine elektrische Kopplung des zweiten Hochvoltanschluss (10) vom Aktivteil (15) trennbar ist.Protective device (1) for a high-voltage battery system (2) for a motor vehicle (3) for the targeted electrical decoupling of a high-voltage battery (4) of the high-voltage battery system (2) in a fault situation from a first electrical system (5) of the motor vehicle (3) and a second electrical one System (6) of the motor vehicle (3), wherein the high-voltage battery (4) has a first electrical conductor (7) with a first high-voltage connection (8) for electrical coupling to the first electrical system (5) and a second electrical conductor (9). a second high-voltage connection (10) for electrical coupling to the second electrical system (6), wherein the protective device (1) has a measuring device (11) with a series connection, the series connection having a first measuring element (12) for measuring a first parameter value of a Measuring parameter of the first electrical conductor (7) and a second measuring element (13) connected in series with the first measuring element (12) for measuring a second parameter value of the measuring parameter of the first electrical conductor (7), wherein the protective device (1) has a first protective switching element (14) for electrically disconnecting the first high-voltage connection (8) from an active part (15) of the high-voltage battery (4) and a second protective switching element (18) for electrically disconnecting the second high-voltage connection (10) from the active part (15), the protective device ( 1) a control device (16) for actuating the first protective switching element (14) depending on the first parameter value measured by the first measuring element (12) and / or the second parameter value measured by the second measuring element (13), characterized in that a battery-side End of the second electrical conductor (9) is electrically coupled to a connection point (17) of the first electrical conductor (7) between the first measuring element (12) and the second measuring element (13), and wherein the control device (16) is designed and set up , to actuate the first protective switching element (14) or a second protective switching element (18) of the protective device (1) depending on a difference between the second parameter value and the first parameter value, wherein the actuation of the second protective switching element (18) results in an electrical coupling of the second high-voltage connection (10) can be separated from the active part (15). Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische System (5) einen Elektromotor (19) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (3) aufweist, und dass das zweite elektrische System (6) als Bordnetz (20) des Kraftfahrzeugs (3) ausgebildet ist.Protective device (1). Claim 1 , characterized in that the first electrical system (5) has an electric motor (19) for driving the motor vehicle (3), and that the second electrical system (6) is designed as an on-board electrical system (20) of the motor vehicle (3). Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist, einen Leerlaufzustand des zweiten elektrischen Systems (6), in welchem kein Strom durch den zweiten Hochvoltanschluss (10) fließt, unabhängig von dem ersten Parameterwert und dem zweiten Parameterwert zu bestimmen, wobei die Steuerungsvorrichtung (16) weiter ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem Leerlaufzustand des zweiten elektrischen Systems (6) durch Vergleichen des ersten Parameterwerts mit dem zweiten Parameterwert einen Fehlerzustand des ersten Messelements (12) oder des zweiten Messelements (13) zu bestimmen.Protective device (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the control device (16) is designed and set up to determine an idle state of the second electrical system (6), in which no current flows through the second high-voltage connection (10), independently of the first parameter value and the second parameter value, wherein the control device (16) is further designed and set up to determine an error state of the first measuring element (12) or of the second measuring element (13) when the second electrical system (6) is idle by comparing the first parameter value with the second parameter value. Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist, das zweite Schutzschaltelement (18) unabhängig von dem ersten Parameterwert und dem zweiten Parameterwert zu betätigen.Protective device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (16) is designed and set up to be the second protective switching element (18) to be operated independently of the first parameter value and the second parameter value. Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Messelement (12) und das zweite Messelement (13) jeweils als Hallsensor oder als Shuntwiderstand ausgebildet sind.Protective device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first measuring element (12) and the second measuring element (13) are each designed as a Hall sensor or as a shunt resistor. Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schutzschaltelement (14) zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung zwischen der Anschlussstelle (17) und dem ersten Hochvoltanschluss (8) ausgebildet und eingerichtet ist.Protective device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first protective switching element (14) is designed and set up to interrupt the electrical coupling between the connection point (17) and the first high-voltage connection (8). Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (1) einen Temperatursensor (21) zum Messen einer Temperatur zwischen dem Aktivteil (15) der Hochvoltbatterie (4) und der Anschlussstelle (17) aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist, das erste Schutzschaltelement (14) und/oder das zweite Schutzschaltelement (18) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur zu betätigen.Protective device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective device (1) has a temperature sensor (21) for measuring a temperature between the active part (15) of the high-voltage battery (4) and the connection point (17), the control device (16) is designed and set up to actuate the first protective switching element (14) and/or the second protective switching element (18) depending on the measured temperature. Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (1) eine Schaltvorrichtung (22) zum Unterbrechen der elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses (10) mit der Anschlussstelle (17) sowie zum gleichzeitigen Herstellen einer elektrischen Kopplung des zweiten Hochvoltanschlusses (10) mit einem Bereich des ersten elektrischen Leiters (7) zwischen dem ersten Messelement (12) und dem Aktivteil (15) aufweist.Protective device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective device (1) has a switching device (22) for interrupting the electrical coupling of the second high-voltage connection (10) to the connection point (17) and for simultaneously establishing an electrical coupling of the second High-voltage connection (10) with an area of the first electrical conductor (7) between the first measuring element (12) and the active part (15). Hochvoltbatteriesystem (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend eine Hochvoltbatterie (4), wobei die Hochvoltbatterie (4) einen ersten elektrischen Leiter (7) mit einem ersten Hochvoltanschluss (8) zum elektrischen Koppeln mit einem ersten elektrischen System (5) des Kraftfahrzeugs (3) sowie einen zweiten elektrischen Leiter (9) mit einem zweiten Hochvoltanschluss (10) zum elektrischen Koppeln mit einem zweiten elektrischen System (6) des Kraftfahrzeugs (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvoltbatteriesystem (2) eine Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.High-voltage battery system (2) for a motor vehicle (3), comprising a high-voltage battery (4), the high-voltage battery (4) having a first electrical conductor (7) with a first high-voltage connection (8) for electrical coupling to a first electrical system (5) of the Motor vehicle (3) and a second electrical conductor (9) with a second high-voltage connection (10) for electrical coupling to a second electrical system (6) of the motor vehicle (3), characterized in that the high-voltage battery system (2) has a protective device (1 ) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (3), aufweisend ein elektrisches Antriebssystem (23) mit einem Elektromotor (19) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (3), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Antriebssystem (23) zum Betreiben des Elektromotors (19) ein Hochvoltbatteriesystem (2) nach Anspruch 9 aufweist.Motor vehicle (3), comprising an electric drive system (23) with an electric motor (19) for driving the motor vehicle (3), characterized in that the electric drive system (23) for operating the electric motor (19) is a high-voltage battery system (2). Claim 9 having.
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CN210554207U (en) 2019-05-20 2020-05-19 上海寰晟新能源科技有限公司 Electric automobile high voltage distribution box with multiple detection protection functions
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