DE102022127421A1 - Method and device for protecting a battery, vehicle comprising the device - Google Patents

Method and device for protecting a battery, vehicle comprising the device Download PDF

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung (106) zum Schutz einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während eines Gleichstrom-Ladevorgangs, wobei die Vorrichtung (106) einen ersten elektrischen Leiter (108) zur Verbindung eines ersten Kontakts (112) der Batterie mit einem ersten Kontakt (116) einer Ladedose (104) aufweist, wobei im ersten Leiter (108) ein elektromechanisches erstes Hauptrelais (122) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Kontakt der Ladedose (104) und dem ersten Hauptrelais (122) ein Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (106) ausgebildet ist, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während eines Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen. Die Vorrichtung (106) umfassendes Fahrzeug (100).Method and device (106) for protecting a battery, in particular a high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery (102) during a direct current charging process, wherein the device (106) has a first electrical conductor (108) for connecting a first contact (112) of the battery to a first contact (116) of a charging socket (104), wherein an electromechanical first main relay (122) is arranged in the first conductor (108), wherein a direct current semiconductor relay (124) is arranged between the first contact of the charging socket (104) and the first main relay (122), wherein the device (106) is designed to open the direct current semiconductor relay (124) in the event of a short circuit outside the battery (102) during a direct current charging process. Vehicle (100) comprising the device (106).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Schutz einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie während eines Gleichstrom-Ladevorgangs. Die Vorrichtung geht zudem von einem Fahrzeug aus, welches die Vorrichtung umfasst.The invention relates to a method and a device for protecting a battery, in particular a high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery during a direct current charging process. The device also relates to a vehicle which comprises the device.

DE 10 2012 105 660 A1 offenbart eine Vorrichtung bei der Relais angeordnet sind, wobei wenn kein Ladevorgang ausgeführt wird, das Relais deaktiviert wird, so dass ein Schutz hinsichtlich des Anliegens der Anschlussspannung an einer Ladebuchse besteht. EN 10 2012 105 660 A1 discloses a device in which relays are arranged, wherein when no charging process is carried out, the relay is deactivated so that there is protection with regard to the application of the connection voltage to a charging socket.

Im Falle eines Kurzschlusses außerhalb des Fahrzeuges wird der Kurzschlussstrom aus der Hochvoltbatterie getrieben. In Folge löst ein Sicherungselement in der Batterie aus und die Hochvoltbatterie muss getauscht werden.In the event of a short circuit outside the vehicle, the short-circuit current is driven out of the high-voltage battery. As a result, a fuse element in the battery is triggered and the high-voltage battery must be replaced.

Es ist wünschenswert, den Tausch der Hochvoltbatterie und den damit verbundenen Kostenaufwand zu vermeiden.It is desirable to avoid replacing the high-voltage battery and the associated costs.

Dies wird durch die Vorrichtung zum Schutz einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie während eines Gleichstrom-Ladevorgangs gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, das Fahrzeug gemäß dem Anspruch 6 und das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 7 erreicht.This is achieved by the device for protecting a battery, in particular a high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery during a direct current charging process according to independent claim 1, the vehicle according to claim 6 and the method according to independent claim 7.

Die Vorrichtung weist einen ersten elektrischen Leiter zur Verbindung eines ersten Kontakts der Batterie mit einem ersten Kontakt einer Ladedose auf, wobei im ersten Leiter ein elektromechanisches erstes Hauptrelais angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Kontakt der Ladedose und dem ersten Hauptrelais ein Gleichstrom-Halbleiter-Relais angeordnet ist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie während eines Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen.The device has a first electrical conductor for connecting a first contact of the battery to a first contact of a charging socket, wherein an electromechanical first main relay is arranged in the first conductor, wherein a direct current semiconductor relay is arranged between the first contact of the charging socket and the first main relay, wherein the device is designed to open the direct current semiconductor relay in the event of a short circuit outside the battery during a direct current charging process.

Vorzugsweise ist im ersten Leiter zwischen dem Gleichstrom-Halbleiter-Relais und dem ersten Hauptrelais ein Kontakt für ein Fahrzeugbordnetz eines Fahrzeugs angeordnet. Dadurch wird das Fahrzeugbordnetz geschützt.Preferably, a contact for a vehicle electrical system of a vehicle is arranged in the first conductor between the DC semiconductor relay and the first main relay. This protects the vehicle electrical system.

Vorzugsweise ist im ersten Leiter auf einer dem ersten Kontakt der Batterie zugewandten Seite des ersten Hauptrelais ein Sicherungselement angeordnet. Dies bietet zusätzlichen Schutz.Preferably, a fuse element is arranged in the first conductor on a side of the first main relay facing the first contact of the battery. This offers additional protection.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise einen zweiten elektrischen Leiter zur Verbindung eines zweiten Kontakts der Batterie mit einem zweiten Kontakt der Ladedose auf, wobei im zweiten Leiter ein elektromechanisches zweites Hauptrelais und ein elektromechanisches Gleichstrom-Laderelais angeordnet ist. Diese Vorrichtung eignet sich besonders zum Verbinden beider Kontakte der Batterie mit der Ladedose.The device preferably has a second electrical conductor for connecting a second contact of the battery to a second contact of the charging socket, wherein an electromechanical second main relay and an electromechanical direct current charging relay are arranged in the second conductor. This device is particularly suitable for connecting both contacts of the battery to the charging socket.

Das erste Hauptrelais ist vorzugsweise zum Anschluss eines negativen Kontakts der Batterie ausgebildet. Das zweite Hauptrelais ist vorzugsweise zum Anschluss eines positiven Kontakts der Batterie ausgebildet.The first main relay is preferably designed to connect a negative contact of the battery. The second main relay is preferably designed to connect a positive contact of the battery.

Das Fahrzeug umfasst eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, und eine Ladedose, wobei die Batterie und die Ladedose mit der Vorrichtung verbunden sind.The vehicle comprises a battery, in particular a high-voltage battery, and a charging socket, wherein the battery and the charging socket are connected to the device.

Ein Verfahren zum Schutz der Batterie, insbesondere der Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie während eines Gleichstrom-Ladevorgangs sieht vor, dass die Vorrichtung dazu angesteuert wird, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie während des Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen.A method for protecting the battery, in particular the high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery during a direct current charging process provides that the device is controlled to open the direct current semiconductor relay in the event of a short circuit outside the battery during the direct current charging process.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. In der Zeichnung zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Schutz einer Batterie des Fahrzeugs,
  • 2 Schritte in einem Verfahren zum Schutz der Batterie.
Further advantageous embodiments can be found in the following description and the drawing. In the drawing:
  • 1 a schematic representation of a vehicle with a device for protecting a battery of the vehicle,
  • 2 Steps in a battery protection process.

In 1 ist Fahrzeug 100 schematisch dargestellt.In 1 Vehicle 100 is shown schematically.

Das Fahrzeug 100 umfasst eine Batterie 102, insbesondere eine Hochvoltbatterie, z.B. mit einer Spannung größer als 300 Volt, z.B. von im Wesentlichen 400 Volt. Die Batterie 102 ist zum Antreiben des Fahrzeugs 100 ausgebildet.The vehicle 100 comprises a battery 102, in particular a high-voltage battery, e.g. with a voltage greater than 300 volts, e.g. of substantially 400 volts. The battery 102 is designed to drive the vehicle 100.

Das Fahrzeug 100 umfasst eine Ladedose 104. Die Ladedose 104 ist zum Anschluss an ein Gleichstrom-Ladesystem ausgebildet, z.B. an eine Gleichstrom-Ladesäule.The vehicle 100 comprises a charging socket 104. The charging socket 104 is designed for connection to a direct current charging system, e.g. to a direct current charging station.

Die Batterie 102 und die Ladedose 104 sind mit einer Vorrichtung 106 verbunden.The battery 102 and the charging socket 104 are connected to a device 106.

Die Vorrichtung 106 ist zum Schutz der Batterie 102 im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie 102, insbesondere außerhalb des Fahrzeugs 100, während eines Gleichstrom-Ladevorgangs ausgebildet.The device 106 is designed to protect the battery 102 in the event of a short circuit outside the battery 102, in particular outside the vehicle 100, during a direct current charging process.

Die Vorrichtung 106 umfasst einen ersten elektrischen Leiter 108 und einen zweiten elektrischen Leiter 110.The device 106 comprises a first electrical conductor 108 and a second electrical conductor 110.

Der erste Leiter 108 ist zum Verbinden mit einem ersten Kontakt 112 der Batterie 102 ausgebildet. Der ersten Kontakt 112 ist ein negativer Kontakt. Der zweite Leiter 108 ist zum Verbinden mit einem zweiten Kontakt 114 der Batterie 102 ausgebildet. Der zweite Kontakt 114 ist ein positiver Kontakt.The first conductor 108 is configured to connect to a first contact 112 of the battery 102. The first contact 112 is a negative contact. The second conductor 108 is configured to connect to a second contact 114 of the battery 102. The second contact 114 is a positive contact.

Der erste Leiter 108 ist zum Verbinden mit einem ersten Kontakt 116 der Ladedose 104 ausgebildet. Der zweite Leiter 110 ist zum Verbinden mit einem zweiten Kontakt 118 der Ladedose 104 ausgebildet.The first conductor 108 is designed to connect to a first contact 116 of the charging socket 104. The second conductor 110 is designed to connect to a second contact 118 of the charging socket 104.

Im ersten Leiter 108 ist auf einer dem ersten Kontakt 112 der Batterie zugewandten Seite des ersten Hauptrelais 122 ein Sicherungselement 120 angeordnet.A fuse element 120 is arranged in the first conductor 108 on a side of the first main relay 122 facing the first contact 112 of the battery.

Im ersten Leiter 108 ist ein elektromechanisches erstes Hauptrelais 122 angeordnet. Im ersten Leiter 108 ist zwischen dem ersten Kontakt 116 der Ladedose 104 und dem ersten Hauptrelais 122 ein Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 angeordnet. Das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 ersetzt im Beispiel ein ansonsten an dieser Stelle angeordnetes herkömmliches elektromechanisches Gleichstrom-Laderelais. Das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 ist ausgebildet, einen Kurzschlussstrom vor einem Auslösen des Sicherungselementes 120 zu trennen. Somit wird ein Tausch der Batterie 102 vermieden und der Schaden begrenzt.An electromechanical first main relay 122 is arranged in the first conductor 108. A direct current semiconductor relay 124 is arranged in the first conductor 108 between the first contact 116 of the charging socket 104 and the first main relay 122. In the example, the direct current semiconductor relay 124 replaces a conventional electromechanical direct current charging relay that would otherwise be arranged at this point. The direct current semiconductor relay 124 is designed to disconnect a short-circuit current before the fuse element 120 is triggered. This avoids having to replace the battery 102 and limits the damage.

Im zweiten Leiter 110 ist ein elektromechanisches zweites Hauptrelais 126 und zwischen diesem und dem zweiten Kontakt 118 der Ladedose 104 ein elektromechanisches Gleichstrom-Laderelais 128 angeordnet.An electromechanical second main relay 126 is arranged in the second conductor 110 and an electromechanical direct current charging relay 128 is arranged between this and the second contact 118 of the charging socket 104.

Im ersten Leiter 108 ist zwischen dem Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 und dem ersten Hauptrelais 122 ein Kontakt 130 für ein Fahrzeugbordnetz 132 des Fahrzeugs 100 angeordnet. Im zweiten Leiter 110 ist zwischen dem Gleichstrom-Laderelais 128 und dem zweiten Hauptrelais 126 ein Kontakt 134 für das Fahrzeugbordnetz 132 des Fahrzeugs 100 angeordnet.A contact 130 for a vehicle electrical system 132 of the vehicle 100 is arranged in the first conductor 108 between the DC semiconductor relay 124 and the first main relay 122. A contact 134 for the vehicle electrical system 132 of the vehicle 100 is arranged in the second conductor 110 between the DC charging relay 128 and the second main relay 126.

Die Vorrichtung 106 ist ausgebildet, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie 102, insbesondere außerhalb des Fahrzeugs 100, während eines Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen. Beispielsweise ist eine Steuerung 136 vorgesehen, die ausgebildet ist, den Fall des Kurzschlusses außerhalb der Batterie 102, insbesondere außerhalb des Fahrzeugs 100, zu erkennen und das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 im Falle dieses Kurzschlusses zu öffnen. Die Steuerung 136 kann ausgebildet sein das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 anderenfalls beim Gleichstrom-Ladevorgang geschlossen zu halten.The device 106 is designed to open the direct current semiconductor relay 124 in the event of a short circuit outside the battery 102, in particular outside the vehicle 100, during a direct current charging process. For example, a controller 136 is provided which is designed to detect the case of a short circuit outside the battery 102, in particular outside the vehicle 100, and to open the direct current semiconductor relay 124 in the event of this short circuit. The controller 136 can otherwise be designed to keep the direct current semiconductor relay 124 closed during the direct current charging process.

Ein Verfahren zum Schutz der Batterie 102 im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie 102 während des Gleichstrom-Ladevorgangs sieht vor, dass ein Kurzschluss außerhalb der Batterie 102, insbesondere außerhalb des Fahrzeugs 100, in einem Schritt 202 erkannt wird.A method for protecting the battery 102 in the event of a short circuit outside the battery 102 during the direct current charging process provides that a short circuit outside the battery 102, in particular outside the vehicle 100, is detected in a step 202.

Das Verfahren sieht vor, dass die Vorrichtung 100 in einem Schritt 204 dazu angesteuert wird, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie 102 während des Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen. Anderenfalls ist das Gleichstrom-Halbleiter-Relais 124 während es Gleichstrom-Ladevorgangs geschlossen.The method provides that the device 100 is controlled in a step 204 to open the DC semiconductor relay 124 in the event of a short circuit outside the battery 102 during the DC charging process. Otherwise, the DC semiconductor relay 124 is closed during the DC charging process.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012105660 A1 [0002]DE 102012105660 A1 [0002]

Claims (7)

Vorrichtung (106) zum Schutz einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während eines Gleichstrom-Ladevorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (106) einen ersten elektrischen Leiter (108) zur Verbindung eines ersten Kontakts (112) der Batterie mit einem ersten Kontakt (116) einer Ladedose (104) aufweist, wobei im ersten Leiter (108) ein elektromechanisches erstes Hauptrelais (122) angeordnet ist, wobei zwischen dem ersten Kontakt der Ladedose (104) und dem ersten Hauptrelais (122) ein Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (106) ausgebildet ist, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während eines Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen.Device (106) for protecting a battery, in particular a high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery (102) during a direct current charging process, characterized in that the device (106) has a first electrical conductor (108) for connecting a first contact (112) of the battery to a first contact (116) of a charging socket (104), wherein an electromechanical first main relay (122) is arranged in the first conductor (108), wherein a direct current semiconductor relay (124) is arranged between the first contact of the charging socket (104) and the first main relay (122), wherein the device (106) is designed to open the direct current semiconductor relay (124) in the event of a short circuit outside the battery (102) during a direct current charging process. Vorrichtung (106) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Leiter (108) zwischen dem Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) und dem ersten Hauptrelais (122) ein Kontakt () für ein Fahrzeugbordnetz eines Fahrzeugs (100) angeordnet ist.Device (106) according to Claim 1 , characterized in that a contact () for a vehicle electrical system of a vehicle (100) is arranged in the first conductor (108) between the direct current semiconductor relay (124) and the first main relay (122). Vorrichtung (106) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Leiter (108) auf einer dem ersten Kontakt (112) der Batterie zugewandten Seite des ersten Hauptrelais (122) ein Sicherungselement (120) angeordnet ist.Device (106) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that a fuse element (120) is arranged in the first conductor (108) on a side of the first main relay (122) facing the first contact (112) of the battery. Vorrichtung (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (106) einen zweiten elektrischen Leiter (110) zur Verbindung eines zweiten Kontakts (114) der Batterie mit einem zweiten Kontakt (118) der Ladedose (104) aufweist, wobei im zweiten Leiter (110) ein elektromechanisches zweites Hauptrelais (126) und ein elektromechanisches Gleichstrom-Laderelais (128) angeordnet ist.Device (106) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the device (106) has a second electrical conductor (110) for connecting a second contact (114) of the battery to a second contact (118) of the charging socket (104), wherein an electromechanical second main relay (126) and an electromechanical direct current charging relay (128) are arranged in the second conductor (110). Vorrichtung (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hauptrelais (122) zum Anschluss eines negativen Kontakts (112) der Batterie (102) ausgebildet ist, und das zweite Hauptrelais (126) zum Anschluss eines positiven Kontakts (114) der Batterie (102) ausgebildet ist.Device (106) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the first main relay (122) is designed to connect a negative contact (112) of the battery (102), and the second main relay (126) is designed to connect a positive contact (114) of the battery (102). Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) eine Batterie (102), insbesondere eine Hochvoltbatterie, und eine Ladedose (104) umfasst, wobei die Batterie (102) und die Ladedose (104) mit der Vorrichtung (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden sind.Vehicle (100), characterized in that the vehicle (100) comprises a battery (102), in particular a high-voltage battery, and a charging socket (104), wherein the battery (102) and the charging socket (104) are connected to the device (106) according to one of the Claims 1 until 5 are connected. Verfahren zum Schutz einer Batterie (102), insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während eines Gleichstrom-Ladevorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dazu angesteuert wird, das Gleichstrom-Halbleiter-Relais (124) im Falle eines Kurzschlusses außerhalb der Batterie (102) während des Gleichstrom-Ladevorgangs zu öffnen.Method for protecting a battery (102), in particular a high-voltage battery, in the event of a short circuit outside the battery (102) during a direct current charging process, characterized in that the device (100) according to one of the Claims 1 until 5 is controlled to open the DC semiconductor relay (124) in the event of a short circuit outside the battery (102) during the DC charging process.
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