EP3377364A2 - Batteriesystem - Google Patents

Batteriesystem

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Publication number
EP3377364A2
EP3377364A2 EP16798142.2A EP16798142A EP3377364A2 EP 3377364 A2 EP3377364 A2 EP 3377364A2 EP 16798142 A EP16798142 A EP 16798142A EP 3377364 A2 EP3377364 A2 EP 3377364A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply line
battery
battery system
electrical
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16798142.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel MOOSMANN
Andreas HAMMA
Robert Hasenfratz
Markus Ostler
Daniel Lopez
Matthias Reckermann
Darius Mateja
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
Publication of EP3377364A2 publication Critical patent/EP3377364A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for DC systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/20—Inrush current reduction, i.e. avoiding high currents when connecting the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for DC applications

Definitions

  • the invention relates to a battery system according to the preamble of patent claim 1.
  • Such battery systems are used in particular in a motor vehicle.
  • Such a battery system is used to supply energy to a consumer.
  • Battery system has at least one battery and / or battery cell.
  • the consumer is in electrical connection with the battery and / or battery cell via a supply line.
  • a switchable electromechanical component such as an electrical switch, a relay, a contactor o. The like.
  • the invention has for its object to further develop the battery system such that the reliability is improved.
  • an electrical resistance is electrically connected in parallel to the electromechanical component in the manner of a resistance bypass. As it turns out, the resistance bypass reduces the load on the
  • the consumer has an electrical capacity.
  • the electrically connected in parallel to the electromechanical component in the manner of a resistance bypass electrical resistance allows pre-charging of the capacitor by the capacity is charged via the electrical resistance before switching on the electromechanical component for switching the supply line to the consumer.
  • the charging of the capacitor via the electrical resistance can be switched by means of a, in particular controllable, electrical switch.
  • Resistor circuit arrangement of at least two resistors can be arranged in the manner of an array.
  • Resistor circuitry can be selected. The resistances of the
  • Resistor circuitry can be made of SMD (Surface Mounted Device) components, so that the resistance circuitry can be produced in a simple and cost-effective manner. In particular, advantageously no expensive precision and / or power resistors are required.
  • SMD Surface Mounted Device
  • the resistors of the resistance circuit arrangement can be arranged on a printed circuit board.
  • the heat sink may be a metal body such as an aluminum plate.
  • the circuit board for the resistance circuit arrangement may be a high-current circuit board suitable for electrical power currents.
  • a housing for the battery and / or battery cell can be provided.
  • Resistor circuitry may be located in the housing.
  • the heat sink which is in thermal communication with the printed circuit board, can protrude out of the housing.
  • the resistor array can be equipped in a further embodiment with SMD components and / or arranged on a standardized circuit board. This one has all
  • the PCB assembly can be manufactured using standard processes.
  • the electrical connection technology has defined contact resistance
  • the thermal management can be implemented well and / or product-specific in a simple manner.
  • the resistance values can be easily adapted to the respective battery system.
  • An energy supply system for consumers serving battery system in more
  • Embodiment has at least one battery and / or battery cell.
  • the battery and / or battery cell is a distributor via a main supply line in electrical connection. From the distributor lead at least two supply lines to the
  • the battery system should therefore be further developed so that the space is reduced.
  • the fuse element includes a power meter associated with the supply line.
  • a power meter associated with the supply line.
  • the fuse element can thus be dispensed with the previous large-scale fuse wire fuse, which advantageously also additionally cost-effective.
  • the securing element may further comprise an electromechanical component for switching the supply line.
  • the electromechanical component can be an electrical switch, a relay, a contactor or the like. Appropriately, then the current measuring element switches when exceeding a limit value for the measured current, the electromechanical component, so that the supply line is interrupted. In other words, the associated
  • the current measuring element can be a Hall sensor for measuring the electric current flowing through the supply line, which operates advantageously functionally and reliably.
  • the Hall sensor may be configured in the manner of an integrated circuit.
  • the main supply line may be located in the main supply line a main fuse. Due to the high total current flowing in the main supply line, which comprises the sum of the currents flowing in the individual supply lines, it may be appropriate for the main fuse to be a fuse. For a particularly preferred embodiment of the battery system according to the invention is to be determined below.
  • the fuses have an electrical resistance that produces power loss, ie heat. This resistance is required for the fuses to perform their function according to the guidelines. For this purpose, the electrical resistance and the heat are necessary until the melting point in the fuse wire, the heat is generated by the electric current flow. However, two fuses in series can create dangerous conditions. An arc in a fuse limits the flowing electrical current. This changes that
  • the idea is to replace the split fuses with smaller tripping values by a current measuring system after the main fuse.
  • the electrical current can be detected and a switching element can switch off the "normal short circuits" in a supply line.
  • the main fuse is then responsible only for the "worst case scenario".
  • the "worst case” can be more than 10,000 A. This current can then no longer switch off an electrical switch reliably, so that the main supply line with a
  • Fused fuse element is secured.
  • the smaller fuses are no longer required after the main fuse. Rather, they are replaced by a current measuring system, z. B. by a non-contact Hall sensor measuring system.
  • the main circuit then separates only the main fuse, if an enormous short circuit occurs.
  • the output fuses are monitored by integrated circuits.
  • the battery system according to the invention only requires a significantly reduced space.
  • the battery system according to the invention has a significantly reduced weight.
  • the battery system according to the invention has a reduced CCte output.
  • the battery system according to the invention has a significant cost advantage.
  • a serving for supplying energy to a consumer battery system in a further embodiment has at least one battery and / or battery cell. Over a
  • Supply line is the consumer with the battery and / or battery cell in electrical connection.
  • a triggering in case of electrical overload fuse element is arranged in the supply line. So far, this fuse element consists of a fuse, which is subject to aging, so that the reliability is impaired.
  • the battery system should therefore be further developed so that the reliability is improved.
  • the fuse element comprises a switchable electromechanical component for switching the supply line, so that by means of the electromechanical component in the overload case interrupting the Supply line is enabled.
  • the fuse element can thus be dispensed with the previous age-prone fuse wire fuse, which is also advantageous for the thermal management of the battery system.
  • the switchable electromechanical component may comprise two fixed contacts and a switching contact for switchable bridging of the fixed contacts.
  • the supply line can be in electrical connection with the fixed contacts. Conveniently, it may be the switchable electromechanical component to an electrical switch, a relay, a contactor o. The like. For switching the supply line.
  • the switchable electromechanical component can be dimensioned for the expected short-circuit current in the supply line. Namely, the dimensioning can be such that the switchable electromechanical component upon reaching the short-circuit current, the shutdown to interrupt the
  • the switchable electromechanical component can be dimensioned for the maximum expected short-circuit current in the supply line.
  • Supply line can be switched off functionally reliable.
  • Fuse elements in the form of fuses Conventional fuses have an electrical resistance that produces power dissipation, especially in the form of heat. This resistance is required for fuses to perform their function according to the guidelines. For this purpose, the electrical resistance and / or the heat until the melting point in the fuse wire is required, which is caused by the electric current flow.
  • the inventive idea is to improve the existing solution with security elements by a very simple, yet innovative solution.
  • the fuses are replaced by a switching element that only has to perform the switching once, i. the switching element takes over the fuse task. This can be done with a relay and / or with a contactor as a switching element, wherein the switching element for the maximum short-circuit current specified.
  • BJB Battery Junction Box
  • the previous fuse is no longer required.
  • a specified separator ensures the disconnection of the battery circuit even in critical and / or dangerous situations.
  • a relay or a contactor of this type has a low contact resistance and defused with this physical property, the power loss energy and the associated fuse aging.
  • the thermal management in the electrical distribution system of vehicles is decisively defused. Overall, it is thus possible, the thermal management and / or the
  • the transition areas are secured and / or react even in electrical overcurrents.
  • the temperature can also be used as limit parameter since the temperature is also a measure of the current intensity.
  • the separation system according to the invention is functionally stable.
  • FIG. 1 shows a battery system according to an embodiment in a schematic view
  • FIG. 2 shows a battery system according to another embodiment in a schematic view
  • Fig. 3 shows a battery system with a resistance circuit arrangement according to yet another embodiment as a schematic block diagram
  • FIG. 4 shows the resistor arrangement from FIG. 3 in a detailed view.
  • FIG. 1 shows a battery system 1 according to an embodiment for a motor vehicle.
  • the battery system 1 has at least one battery and / or battery cell 2. With the battery and / or battery cell 2 is a consumer 3 via a supply line 4 in electrical connection. The energy supply for the consumer 3 by the
  • Supply line 4 is further a triggering in case of electrical overload
  • the fuse element 5 comprises a switchable electromechanical component for switching the supply line 4 by means of the electromechanical component 5, the supply line 4 in
  • the switchable electromechanical component 5 comprises two fixed contacts 7, 8 and a switch contact 9 to the switchable
  • the supply line 4 is connected to the fixed contacts 7, 8 at electrical terminals 10, 1 1 of the electromechanical component 5 in electrical connection.
  • the electromechanical component 5 may be an electrical switch, a relay, a contactor o. The like. Act.
  • the electromechanical component 5 is dimensioned for the expected short-circuit current in the supply line 4. And in such a way that the switchable
  • the switchable electromechanical component 5 is further dimensioned for the maximum expected short-circuit current in the supply line 4.
  • the maximum expected short-circuit current in the supply line 4 At least the maximum expected short-circuit current in the
  • Supply line 4 functionally switchable off.
  • Fig. 2 is a battery system 1 according to a further embodiment of a
  • Battery system 1 in turn has at least one battery and / or battery cell 2. With the battery and / or battery cell 2 is a manifold 12 via a main supply line 4 in electrical connection. From the distributor 12 lead at least two
  • Main supply line 4 are a main fuse 15 and a resistor 16 existing shunt. With the help of the shunt 16, a measurement of the current flowing in the main supply line 4 current is made possible.
  • a securing element 17 is arranged in the supply line 13, 14 in turn in each case.
  • the fuse element 17 comprises a power supply element 13, 14 associated current measuring element, so that a previous fuse wire is dispensable.
  • the fuse element 17 may additionally comprise an electromechanical component (not further shown in FIG. 2).
  • the electromechanical component can, as shown for example in FIG. 1, be an electrical switch, a relay, a contactor or the like for switching the supply line 13, 14.
  • the current measuring element 17 then switches on exceeding a limit value for the measured current in the supply line 13, 14, the electromechanical component, so that the electrical voltage in the respective supply line 13, 14 is interrupted.
  • the current measuring element 17 is preferably a Hall sensor for measuring the electrical current flowing through the supply line 13, 14.
  • the Hall sensor 17 may again be designed in the manner of an integrated circuit.
  • the main fuse 15 is preferably a fuse.
  • the main supply line 4 is connected by means of a battery connector 18 to the battery and / or battery cell 2. To connect and / or disconnect the
  • Main supply line 4 is in the main supply line 4, in turn, an electrical switching element 6.
  • the consumer 3 are also connected by means of connectors 19 to the supply line 13, 14.
  • Charging lines 20 are provided for charging the battery and / or battery cell 2, which are connected by means of a charging connector 21 to a charger 22, such as a generator.
  • the charging lines 20 are connected by means of a further electrical switching element 23 and / or switched off.
  • a precharge circuit 24 arranged in parallel to the switching element 6 in the main supply line 4 for precharging electrical capacitances in the consumers 3 is provided.
  • FIG. 3 shows a battery system 1 according to yet another embodiment for a motor vehicle, the closer configuration of the precharge circuit 24 being shown here.
  • the battery system 1 has at least one battery and / or battery cell 2.
  • a consumer 3 is connected to the battery and / or battery cell 2 via a
  • Supply line 4 in electrical connection.
  • a switchable electromechanical component 6 for example, an electrical switch, a Relay, a contactor o. The like., For switching the supply line 4 is arranged.
  • Consumer 3 has an electrical capacity 25.
  • An electrical resistor 26 is electrically connected by means of leads 29 parallel to the electromechanical component 6 in the manner of a resistance bypass, such that a precharging or charging of the capacitor 25 before switching on the electromechanical component 6 for switching the
  • Supply line 4 to the consumer 3 via the electrical resistance 26 is made possible.
  • the pre-charging of the capacitor 25 can be controlled accordingly by the charging via the electrical resistance 26 by means of an electrical switch 30 in the supply line 29 is switchable.
  • the precharge circuit 24 thus comprises the electrical resistance 26 and the associated electrical switch 30.
  • the electrical resistor 26 comprises a resistance circuit arrangement of at least two resistors 26 ', 26 "
  • Resistor circuit arrangement 26 in the present case, a plurality of resistors 26 ', 26 “, 26"', as seen in more detail in Fig. 4.
  • Resistor circuitry 26 is arranged in the manner of an array. In this case, the number of resistors 26 ', 26 ", 26"' is selected according to the size of the desired total electrical resistance for the resistance circuit arrangement 26.
  • resistors 26 ', 26 ", 26"' of the resistor circuitry 26 are made of SMD (Surface Mounted Device) components.
  • SMD Surface Mounted Device
  • Resistor circuitry 26 is disposed on a printed circuit board 27.
  • the resistors 26 ', 26 ", 26"' in production technology simple way to equip the circuit board 27 and then to be soldered by means of the SMD soldering, so that the
  • Resistor circuit arrangement 26 on the one hand has a compact design and on the other hand is particularly functional and reliable.
  • a housing 31 is provided, as shown in FIG. 3 extracts. Furthermore, a heat sink 28 is provided for functionally reliable dissipation of the heat generated in the battery system 1, in particular for the cooling of the components located in the housing 31.
  • the heat sink 28 is made of a metal body, such as an aluminum plate, and is in thermal communication with the circuit board 27. While the resistance circuitry 26 and / or the Circuit board 27 are located in the housing 31 for the resistance circuit assembly 26, the standing with the circuit board 27 in thermal communication heat sink 28 protrudes out of the housing 31, as seen from the Fig. 3.
  • the printed circuit board 27 for the resistor circuitry 26 may be a high current printed circuit board suitable for electrical power currents.
  • the invention is not limited to the described and illustrated embodiments. Rather, it also encompasses all expert developments within the scope of the invention defined by the claims. Thus, the invention can not only be used in motor vehicles but can also be used in all other battery projects and / or systems in which thermal energy is generated.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batterie- und/oder Akkuzelle (2), und mit einem mit der Batterie- und/oder Akkuzelle (2) über eine Versorgungsleitung (4) in elektrischer Verbindung stehenden Verbraucher (3). In der Versorgungsleitung (4) ist ein schaltbares elektromechanisches Bauelement (6), wie ein elektrischer Schalter, ein Relais o. dgl., zur Schaltung der Versorgungsleitung (4) angeordnet. Ein elektrischer Widerstand (26) ist elektrisch parallel zum elektromechanischen Bauelement (6) in der Art eines Widerstandsbypasses geschaltet.

Description

Batteriesystem
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Batteriesysteme kommen insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz.
Ein solches Batteriesystem dient zur Energieversorgung eines Verbrauchers. Das
Batteriesystem weist wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle auf. Der Verbraucher steht mit der Batterie- und/oder Akkuzelle über eine Versorgungsleitung in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung ist ein schaltbares elektromechanisches Bauelement, wie ein elektrischer Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl., zur Schaltung der
Versorgungsleitung in der Art eines Lastschalters angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass das bekannte Batteriesystem vermehrt während des Betriebes ausfällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Batteriesystem derart weiterzuentwickeln, dass die Betriebssicherheit verbessert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Batteriesystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Batteriesystem ist ein elektrischer Widerstand elektrisch parallel zum elektromechanischen Bauelement in der Art eines Widerstandsbypasses geschaltet. Wie sich herausgestellt hat, erfolgt durch den Widerstandsbypass eine Entlastung des
elektromechanischen Bauelements beim Schalten der Versorgungsleitung.
Vorteilhafterweise ist ein solches Batteriesystem robuster als bisher und bietet eine bessere Betriebs- und/oder Funktionssicherheit. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche.
In der Regel weist der Verbraucher eine elektrische Kapazität auf. Der elektrisch parallel zum elektromechanischen Bauelement in der Art eines Widerstandsbypasses geschaltete elektrische Widerstand ermöglicht ein Vorladen der Kapazität, indem die Kapazität über den elektrischen Widerstand vor dem Einschalten des elektromechanischen Bauelements zur Schaltung der Versorgungsleitung zum Verbraucher aufladbar ist. Die Aufladung der Kapazität über den elektrischen Widerstand kann mittels eines, insbesondere ansteuerbaren, elektrischen Schalters schaltbar sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der elektrische Widerstand eine
Widerstandsschaltungsanordnung aus wenigstens zwei Widerständen umfassen. In kompakter Ausgestaltung können die Widerstände der Widerstandsschaltungsanordnung in der Art eines Arrays angeordnet sein. Dabei kann in einfacher Art und Weise die Anzahl der Widerstände entsprechend der Größe des elektrischen Widerstands für die
Widerstandsschaltungsanordnung gewählt sein. Die Widerstände der
Widerstandsschaltungsanordnung können aus SMD(Surface Mounted Device)-Bauteilen bestehen, so dass die Widerstandsschaltungsanordnung in einfacher sowie kostengünstiger Weise herstellbar ist. Insbesondere werden vorteilhafterweise dann keine teuren Präzisionsund/oder Leistungswiderstände benötigt.
Zweckmäßigerweise können die Widerstände der Widerstandsschaltungsanordnung auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Um eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten, was wiederum die Betriebssicherheit erhöht, kann eine in thermischer Verbindung mit der Leiterplatte stehende Wärmesenke vorgesehen sein. In einfacher Art und Weise kann es sich bei der Wärmesenke um einen Metallkörper, wie eine Aluminiumplatte, handeln. Im
Hinblick auf die funktionssichere Abfuhr der in der Widerstandsschaltungsanordnung erzeugten Wärme und/oder um den betriebssicheren Stromfluss zu gewährleisten, kann es sich bei der Leiterplatte für die Widerstandsschaltungsanordnung um eine für elektrische Leistungsströme geeignete Hochstromleiterplatte handeln. Zum Schutz für das Batteriesystem kann ein Gehäuse für die Batterie- und/oder Akkuzelle vorgesehen sein. Zwecks kompakter Ausgestaltung können die
Widerstandsschaltungsanordnung und/oder die Leiterplatte für die
Widerstandsschaltungsanordnung im Gehäuse befindlich sein. Um eine gute Abführung der Verlustwärme zu erzielen, kann die mit der Leiterplatte in thermischer Verbindung stehende Wärmesenke aus dem Gehäuse herausragen.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist nachfolgendes festzustellen.
In elektromechanischen Verteilungssystemen von Batteriesystemen werden elektrische Lasten mit großen elektrischen Schaltern, beispielsweise mittels eines Relais, eines Schütz o. dgl, geschaltet. Diese elektrischen Lasten haben auch große elektrische Kapazitäten. Diese Kapazitäten müssen auch vorgeladen werden, bevor die Schalter zugeschaltet werden. Dies erfolgt über Widerstandsbypässe, die parallel zu den Schaltern angeschlossen sind. Dadurch wird eine gesteuerte Aufladung der Kapazitäten erreicht und die Lastschalter werden nicht übermäßig bei den Schaltvorgängen belastet, was die Lebensdauer deutlich verbessert.
Bisher gibt es Widerstandsmodule als Widerstandsbypässe, die umständlich und/oder mit großen finanziellen Aufwänden zu realisieren sind. Die erfindungsgemäße Idee besteht nunmehr auch darin, dieses Widerstandsmodul durch ein Widerstandsarray abzulösen, was zwar eine sehr einfache aber dennoch innovative Lösung darstellt. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Vorteile hinsichtlich der Montage, des Wärmemanagements und/oder der stabilen Funktion über die Produktlebensdauer. Des Weiteren sind Vorteile auch in der funktionalen Sicherheit vorhanden.
Geschaffen ist somit ein Widerstandsarray als Widerstandbypass in Batteriesystemen. Das Widerstandsarray kann in weiterer Ausgestaltung mit SMD-Bauteilen bestückt und/oder auf einer standardisierten Leiterplatte angeordnet werden. Dadurch hat man alle
fertigungstechnischen Prozesse berücksichtigt und kann die Herstellung des
Widerstandsarrays in einfacher Art und Weise in bestehende Fertigungsprozesse integrieren. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zum einen die Widerstands Schaltungsanordnung in einfacher Art und Weise ausgestaltet ist. Zum anderen ist die erfindungsgemäße Lösung deutlich robuster, günstiger und/oder in der Montage einfacher zu überwachen als das bisherige Widerstandsmodul, bei welchen auch die Gefahr eines Ausfalls höher ist.
Weitere mit der Erfindung erzielte Vorteile bestehen in Nachfolgendem:
- Es wirken keine mechanischen Kräfte auf den Widerstand.
- Die Herstellung der Leiterplattenbaugruppe kann mit Standardprozessen erfolgen.
- Es ist eine gute elektrische Anbindung gegeben.
- Die elektrische Verbindungstechnik hat definierte Übergangswiderstände, die
prozesssicher sind über die gesamte Produktlaufzeit.
- Es ist eine gute thermische Anbindung mit der SMD(Surface Mounted Device)- und/oder THT(Through Hole Technology)-Lösung für die Herstellung der
Widerstandsschaltungsanordnung gegeben.
- Es ist eine sehr gute thermische Anbindung der Baugruppe an Kühlsysteme
ermöglicht.
- Das thermische Management kann gut und/oder produktspezifisch in einfacher Art und Weise umgesetzt werden.
- Es handelt sich um eine beständige Verbindungstechnik.
- Es sind gute Überwachungsmöglichkeiten in der Fertigung gegeben.
- Es können mehrere Widerstandsarrays auf einer einzigen Leiterplatte umsetzbar sein.
- Die Widerstandswerte können in einfacher Weise an das jeweilige Batteriesystem angepasst werden.
- Es sind unterschiedliche Einzelwiderstandstechnologien einsetzbar.
Ein zur Energieversorgung von Verbrauchern dienendes Batteriesystem in weiterer
Ausgestaltung weist wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle auf. Mit der Batterie- und/oder Akkuzelle steht ein Verteiler über eine Hauptversorgungsleitung in elektrischer Verbindung. Vom Verteiler führen wenigstens zwei Versorgungsleitungen zu den
Verbrauchern. In der vom Verteiler abgehenden Versorgungsleitung ist jeweils ein Sicherungselement zur Unterbrechung der Versorgungsleitung bei Auftreten eines unzulässig hohen Stromes angeordnet. Bisher bestehen diese Sicherungselemente aus Schmelzsicherungen, welche aufgrund der hohen abzusichernden Ströme einen großen Bauraum sowie hohe Kosten verursachen.
Das Batteriesystem soll daher derart weiterentwickelt werden, dass der Bauraum verringert ist.
Bei dem weiterentwickelten Batteriesystem umfasst das Sicherungselement ein der Versorgungsleitung zugeordnetes Strommesselement. Insbesondere kann somit auf die bisherige großbauende Schmelzdrahtsicherung verzichtet werden, was vorteilhafterweise zusätzlich noch kostengünstiger ist.
In weiterer Ausgestaltung kann das Sicherungselement weiter ein elektromechanisches Bauelement zur Schaltung der Versorgungsleitung umfassen. Bei dem elektromechanischen Bauelement kann es sich um einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl. handeln. Zweckmäßigerweise schaltet dann das Strommesselement bei Überschreiten eines Grenzwertes für den gemessenen Strom das elektromechanische Bauelement, so dass die Versorgungsleitung unterbrochen ist. Mit anderen Wort wird die zugeordnete
Versorgungsleitung mitsamt dem Verbraucher in einem solchen Fall abgeschaltet.
Bei dem Strommesselement kann es sich um einen Hall-Sensor zur Messung des durch die Versorgungsleitung fließenden elektrischen Stroms handeln, welcher vorteilhafterweise funktions- sowie betriebssicher arbeitet. Zwecks weiterer Verringerung der Größe kann der Hall-Sensor in der Art eines integrierten Schaltkreises ausgestaltet sein.
Zur Absicherung der Hauptversorgungsleitung kann in der Hauptversorgungsleitung eine Hauptsicherung befindlich sein. Aufgrund des in der Hauptversorgungsleitung fließenden hohen Gesamtstromes, der die Summe der in den einzelnen Versorgungsleitungen fließenden Ströme umfasst, kann es sich anbieten, dass es sich bei der Hauptsicherung um eine Schmelzsicherung handelt. Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist nachfolgendes festzustellen.
In elektromechanischen Verteilungssystemen von Batteriesystemen werden elektrische Lasten mit großen elektrischen Schaltern (Relais, Schütz) geschaltet. Bei gefährlichen Situationen die durch Unfälle und/oder auch fehlerhafte Betriebsbedingungen entstehen können, müssen die Batteriesysteme, insbesondere vor einem Batteriebrand, geschützt werden. Der Schutz kann mit bekannten Sicherungselementen erfolgen. Bisher ist es so gelöst, dass eine Hauptsicherung direkt in Reihe zur Batterie geschaltet ist. Danach werden die Abgänge auf mehrere kleinere Abgänge aufgeteilt.
Die Schmelzsicherungen haben einen elektrischen Widerstand, der Verlustleistung, also Wärme, produziert. Dieser Widerstand ist erforderlich, damit die Schmelzsicherungen ihre Funktion entsprechend den Richtlinien erfüllen können. Hierfür sind der elektrische Widerstand und die Wärme bis zum Erreichen des Schmelzpunktes im Sicherungsdraht notwendig, wobei die Wärme durch den elektrischen Stromfluss entsteht. Allerdings können zwei Schmelzsicherungen in Reihe gefährliche Zustände erzeugen. Ein Lichtbogen in einer Sicherung begrenzt den fließenden elektrischen Strom. Dadurch verändert sich das
Auslöseverhalten beider in Reihe geschalteten Schmelzsicherungen.
Die Idee besteht darin, nach der Hauptsicherung die aufgesplitterten Schmelzsicherungen mit kleineren Auslösewerten durch ein Strommesssystem zu ersetzen. Mit diesen
Messsystemen kann der elektrische Strom erfasst werden und ein Schaltelement kann die „normalen Kurzschlüsse" in einer Versorgungsleitung abschalten. Die Hauptsicherung ist dann nur noch für das„Worst Case Szenario" zuständig. Der„Worst Case" kann mehr als 10.000 A groß werden. Diesen Strom kann dann ein elektrischer Schalter nicht mehr zuverlässig abschalten, so dass die Hauptversorgungsleitung mit einem
Schmelzsicherungselement abgesichert ist.
Mit Hilfe dieser Idee, nämlich die Schmelzsicherungsaufgabe durch eine Strommessung zu ersetzen, sind die kleineren Schmelzsicherungen nach der Hauptsicherung nicht mehr erforderlich. Sie werden vielmehr durch ein Strommesssystem ersetzt, z. B. durch ein berührungsloses Hall-Sensor-Messsystem. Den Hauptstromkreis trennt dann nur noch die Hauptsicherung ab, falls ein enormer Kurzschluss stattfindet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:
- Es wird nur eine Schmelzsicherung benötigt, nämlich die Hauptsicherung.
- Die Ausgangssicherungen werden durch integrierte Schaltkreise überwacht.
- Es ist nur eine Sicherung mit der Thematik Funkenstrecke zu berücksichtigen.
- Alterungseffekte an den Sicherungen sind auf die Hauptsicherung reduziert.
- Es sind keine teuren Werkstattaufenthalte aufgrund ausgefallener Sicherungen notwendig.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem benötigt lediglich einen deutlich reduzierten Bauraum.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem besitzt ein deutlich reduziertes Gewicht.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem besitzt einen reduzierten CCte-Ausstoß.
- Die technische Umsetzbarkeit für das erfindungsgemäße Batteriesystem ist deutlich vereinfacht.
- Das erfindungsgemäße Batteriesystem besitzt einen deutlichen Kostenvorteil.
Ein zur Energieversorgung eines Verbrauchers dienendes Batteriesystem in weiterer Ausgestaltung weist wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle auf. Über eine
Versorgungsleitung steht der Verbraucher mit der Batterie- und/oder Akkuzelle in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung ist ein bei elektrischer Überlastung auslösendes Sicherungselement angeordnet. Bisher besteht dieses Sicherungselement aus einer Schmelzsicherung, welche einer Alterung unterliegt, so dass die Funktionssicherheit beeinträchtigt ist.
Das Batteriesystem soll daher derart weiterentwickelt werden, dass die Funktionssicherheit verbessert ist.
Bei dem weiterentwickelten Batteriesystem umfasst das Sicherungselement ein schaltbares elektromechanisches Bauelement zum Schalten der Versorgungsleitung, so dass mittels des elektromechanischen Bauelements im Überlastungsfalle das Unterbrechen der Versorgungsleitung ermöglicht ist. Insbesondere kann somit auf die bisherige alterungsanfällige Schmelzdrahtsicherung verzichtet werden, was zusätzlich für das Wärmemanagement des Batteriesystems vorteilhafter ist.
In einfacher sowie funktionssicherer Ausgestaltung kann das schaltbare elektromechanische Bauelement zwei Festkontakte sowie einen Schaltkontakt zur schaltbaren Überbrückung der Festkontakte umfassen. Weiterhin kann die Versorgungsleitung mit den Festkontakten in elektrischer Verbindung stehen. Zweckmäßigerweise kann es sich bei dem schaltbaren elektromechanischen Bauelement um einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl. zur Schaltung der Versorgungsleitung handeln.
In weiterer Ausgestaltung kann das schaltbare elektromechanische Bauelement für den zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung dimensioniert sein. Und zwar kann die Dimensionierung derart sein, dass das schaltbare elektromechanische Bauelement bei Erreichen des Kurzschlussstroms den Abschaltvorgang zum Unterbrechen der
Versorgungsleitung einmalig durchfuhrt.
Zweckmäßigerweise kann das schaltbare elektromechanische Bauelement für den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung dimensioniert sein.
Vorteilhafterweise gestattet eine derartige Auslegung des elektromechanischen
Bauelements, dass wenigstens der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom in der
Versorgungsleitung funktionssicher abschaltbar ist.
Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist nachfolgendes festzustellen.
In elektromechanischen Verteilungssystemen von Batteriesystemen werden elektrische Lasten mit großen elektrischen Schaltern, beispielsweise mittels eines Relais, eines Schütz o. dgl., geschaltet. Bei gefährlichen Situationen, die durch Unfälle und/oder auch fehlerhafte Betriebsbedingungen entstehen können, müssen die Batteriesysteme, insbesondere vor Batteriebrand, geschützt werden. Dieser Schutz erfolgt bisher mit bekannten
Sicherungselementen in der Form von Schmelzsicherungen. Herkömmliche Sicherungen haben einen elektrischen Widerstand, der eine Verlustleistung, insbesondere in der Form von Wärme, produziert. Dieser Widerstand ist erforderlich, damit Schmelzsicherungen ihre Funktion entsprechend den Richtlinien erfüllen können. Hierfür sind der elektrische Widerstand und/oder die Wärme bis zum Erreichen des Schmelzpunktes im Sicherungsdraht notwendig, die durch den elektrischen Stromfluss entsteht.
Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, die bestehende Lösung mit Sicherungselementen durch eine sehr einfache aber dennoch innovative Lösung zu verbessern. Die Sicherungen werden durch ein Schaltelement abgelöst bzw. ersetzt, das den Schaltvorgang nur einmalig durchführen muss, d.h. das Schaltelement übernimmt die Schmelzsicherungsaufgabe. Dies kann mit einem Relais und/oder mit einem Schütz als Schaltelement erfolgen, wobei man das Schaltelement für den maximalen Kurzschlussstrom spezifiziert. Geschaffen ist durch die Erfindung somit für das Fahrzeug eine„Battery Junction Box (BJB)", wodurch man einen großen Vorteil hinsichtlich des Wärmemanagements und/oder der Alterung erhält.
Mit dieser erfindungsgemäßen Idee ist die bisherige Schmelzsicherung nicht mehr erforderlich. Ein spezifiziertes Trennelement sorgt auch bei kritischen und/oder gefährlichen Situationen für das Auftrennen des Batteriestromkreises. Ein Relais oder ein Schütz dieser Art hat einen geringen Übergangswiderstand und entschärft mit dieser physikalischen Eigenschaft die Verlustleistungsenergie und die damit verbundene Sicherungsalterung. Das Wärmemanagement im elektrischen Verteilungssystem von Fahrzeugen wird entscheidend entschärft. Insgesamt gelingt es somit, das Wärmemanagement und/oder die
Sicherungsalterung sowie den damit verbundenen Servicefall entscheidend zu verbessern.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in Folgendem:
- Es liegt ein kleinerer elektrischer Widerstand als bisher vor.
- Es treten lediglich reduzierte Verlustleistungen auf.
- Es ist ein schnelles und eindeutiges Abschalten gegeben.
- Es erfolgt ein schnelles Abschalten bei Erreichen der definierten Stromschwelle.
- Schmelzsicherungen schalten bei einem definierten Kurzschluss innerhalb der
spezifizierten Zeit ab. Allerdings gelten diese Zeiten nicht in Überlastbereichen. Mit dem erfindungsgemäßen Trennsystem sind auch die Übergangsbereiche gesichert und/oder reagieren auch bei elektrischen Überströmen.
- Im erfindungsgemäßen Trennsystem kann auch die Temperatur als Grenzparameter verwendet werden, da die Temperatur auch ein Maß für die Stromstärke ist.
- Das Temperaturmanagement kann vereinfacht werden.
- Es sind einfachere Kühlsysteme umsetzbar.
- Schmelzsicherungen unterliegen der Alterung aufgrund der thermischen Belastung (Schmelzdraht). Diese Alterung gibt es im Schaltelement so nicht. Dadurch ist das erfindungsgemäße Trennsystem funktionsstabiler.
Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und
Ausgestaltungen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Batteriesystem gemäß einer Ausführung in schematischer Ansicht,
Fig. 2 ein Batteriesystem gemäß einer weiteren Ausführung in schematischer Ansicht,
Fig. 3 ein Batteriesystem mit einer Widerstandsschaltungsanordnung gemäß einer nochmals weiteren Ausführung als schematisches Blockschaltbild und
Fig. 4 die Widerstandsanordnung aus Fig. 3 in einer Detailansicht.
In Fig. 1 ist ein Batteriesystem 1 entsprechend einer Ausführung für ein Kraftfahrzeug zu sehen. Das Batteriesystem 1 weist wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle 2 auf. Mit der Batterie- und/oder Akkuzelle 2 steht ein Verbraucher 3 über eine Versorgungsleitung 4 in elektrischer Verbindung. Die Energieversorgung für den Verbraucher 3 durch die
Batterie- und/oder Akkuzelle 2 ist in üblicher Weise mittels eines elektrischen
Schaltelements 6 in der Versorgungsleitung 4 zu- und/oder abschaltbar. In der
Versorgungsleitung 4 ist weiter ein bei elektrischer Überlastung auslösendes
Sicherungselement 5 angeordnet. Das Sicherungselement 5 umfasst ein schaltbares elektromechanisches Bauelement zur Schaltung der Versorgungsleitung 4. Dadurch lässt sich mittels des elektromechanischen Bauelements 5 die Versorgungsleitung 4 im
Fehlerfalle und/oder bei einer Überlastung unterbrechen, so dass eine bisherige
Schmelzdrahtsicherung verzichtbar ist.
Wie weiter anhand der Fig. 1 zu sehen ist, umfasst das schaltbare elektromechanische Bauelement 5 zwei Festkontakte 7, 8 sowie einen Schaltkontakt 9 zur schaltbaren
Überbrückung der Festkontakte 7, 8. Die Versorgungsleitung 4 steht mit den Festkontakten 7, 8 an elektrischen Anschlüssen 10, 1 1 des elektromechanischen Bauelements 5 in elektrischer Verbindung. Bei dem elektromechanischen Bauelement 5 kann es sich um einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl. handeln.
Das elektromechanische Bauelement 5 ist für den zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung 4 dimensioniert. Und zwar derart, dass das schaltbare
elektromechanische Bauelement 5 bei Erreichen des Kurzschlussstroms den
Abschaltvorgang zum Unterbrechen der Versorgungsleitung 4 einmalig durchführt.
Zweckmäßigerweise ist weitergehend das schaltbare elektromechanische Bauelement 5 für den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung 4 dimensioniert. Somit ist wenigstens der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom in der
Versorgungsleitung 4 funktionssicher abschaltbar.
In Fig. 2 ist ein Batteriesystem 1 entsprechend einer weiteren Ausführung für ein
Kraftfahrzeug zu sehen, wobei hier mehrere Verbraucher 3 vorgesehen sind. Das
Batteriesystem 1 weist wiederum wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle 2 auf. Mit der Batterie- und/oder Akkuzelle 2 steht ein Verteiler 12 über eine Hauptversorgungsleitung 4 in elektrischer Verbindung. Vom Verteiler 12 führen wenigstens zwei
Versorgungsleitungen 13, 14 zu den einzelnen Verbrauchern 3. In der
Hauptversorgungsleitung 4 sind eine Hauptsicherung 15 sowie ein aus einem Widerstand bestehender Shunt 16 befindlich. Mit Hilfe des Shunts 16 ist eine Messung des in der Hauptversorgungsleitung 4 fließenden Stroms ermöglicht. In der Versorgungsleitung 13, 14 ist wiederum jeweils ein Sicherungselement 17 angeordnet. Das Sicherungselement 17 umfasst ein der Versorgungsleitung 13, 14 zugeordnetes Strommesselement, so dass eine bisherige Schmelzdrahtsicherung verzichtbar ist. Das Sicherungselement 17 kann zusätzlich ein in Fig. 2 nicht weiter gezeigtes elektromechanisches Bauelement umfassen. Bei dem elektromechanischen Bauelement kann es sich, wie beispielsweise in der Fig. 1 gezeigt ist, um einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl, zur Schaltung der Versorgungsleitung 13, 14 handeln. Das Strommesselement 17 schaltet dann bei Überschreiten eines Grenzwertes für den gemessenen Strom in der Versorgungsleitung 13, 14 das elektromechanische Bauelement, so dass die elektrische Spannung in der jeweiligen Versorgungsleitung 13, 14 unterbrochen ist.
Bei dem Strommesselement 17 handelt es sich in bevorzugter Weise um einen Hall-Sensor zur Messung des durch die Versorgungsleitung 13, 14 fließenden elektrischen Stroms. Der Hall-Sensor 17 kann wiederum in der Art eines integrierten Schaltkreises ausgebildet sein. Bei der Hauptsicherung 15 handelt es sich in bevorzugter Weise um eine Schmelzsicherung.
Die Hauptversorgungsleitung 4 ist mittels eines Batteriesteckverbinders 18 an die Batterie- und/oder Akkuzelle 2 angeschlossen. Zur Zu- und/oder Abschaltung der
Hauptversorgungsleitung 4 befindet sich in der Hauptversorgungsleitung 4 wiederum ein elektrisches Schaltelement 6. Die Verbraucher 3 sind ebenfalls mittels Steckverbinder 19 an die Versorgungsleitung 13, 14 angeschlossen. Für die Aufladung der Batterie- und/oder Akkuzelle 2 sind Ladeleitungen 20 vorgesehen, die mittels eines Ladesteckverbinders 21 an ein Ladegerät 22, beispielsweise einen Generator, angeschlossen sind. Die Ladeleitungen 20 sind mittels eines weiteren elektrischen Schaltelements 23 zu- und/oder abschaltbar.
Schließlich ist noch eine parallel zum Schaltelement 6 in der Hauptversorgungsleitung 4 angeordnete Vorladeschaltung 24 zur Vorladung von elektrischen Kapazitäten in den Verbrauchern 3 vorgesehen.
In Fig. 3 ist ein Batteriesystem 1 gemäß einer nochmals weiteren Ausführung für ein Kraftfahrzeug zu sehen, wobei hier die nähere Ausgestaltung der Vorladeschaltung 24 gezeigt ist. Das Batteriesystem 1 weist wenigstens eine Batterie- und/oder Akkuzelle 2 auf. Ein Verbraucher 3 steht mit der Batterie- und/oder Akkuzelle 2 über eine
Versorgungsleitung 4 in elektrischer Verbindung. In der Versorgungsleitung 4 ist ein schaltbares elektromechanisches Bauelement 6, beispielsweise ein elektrischer Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl., zur Schaltung der Versorgungsleitung 4 angeordnet. Der
Verbraucher 3 weist eine elektrische Kapazität 25 auf. Ein elektrischer Widerstand 26 ist mittels Zuleitungen 29 elektrisch parallel zum elektromechanischen Bauelement 6 in der Art eines Widerstandsbypasses geschaltet, derart dass ein Vorladen bzw. Aufladen der Kapazität 25 vor dem Einschalten des elektromechanischen Bauelements 6 zur Schaltung der
Versorgungsleitung 4 zum Verbraucher 3 über den elektrischen Widerstand 26 ermöglicht ist. Dabei kann die Vorladung der Kapazität 25 entsprechend gesteuert werden, indem die Aufladung über den elektrischen Widerstand 26 mittels eines elektrischen Schalters 30 in der Zuleitung 29 schaltbar ist. Die Vorladeschaltung 24 umfasst somit den elektrischen Widerstand 26 sowie den zugehörigen elektrischen Schalter 30.
Der elektrische Widerstand 26 umfasst eine Widerstandsschaltungsanordnung aus wenigstens zwei Widerständen 26', 26". Bevorzugterweise umfasst die
Widerstandsschaltungsanordnung 26 vorliegend eine Vielzahl von Widerständen 26', 26", 26"', wie man näher in Fig. 4 sieht. Die Widerstände 26', 26", 26"' der
Widerstandsschaltungsanordnung 26 sind in der Art eines Arrays angeordnet. Dabei ist die Anzahl der Widerstände 26', 26", 26"' entsprechend der Größe des gewünschten gesamten elektrischen Widerstands für die Widerstandsschaltungsanordnung 26 gewählt. Des
Weiteren bestehen die Widerstände 26', 26", 26"' der Widerstandsschaltungsanordnung 26 aus SMD(Surface Mounted Device)-Bauteilen. Die Widerstände 26', 26", 26"' der
Widerstandsschaltungsanordnung 26 sind auf einer Leiterplatte 27 angeordnet. Damit sind die Widerstände 26', 26", 26"' in fertigungstechnisch einfacher Art auf der Leiterplatte 27 zu bestücken und anschließend mittels des SMD-Lötverfahrens zu verlöten, so dass die
Widerstandsschaltungsanordnung 26 zum einen eine kompakte Ausgestaltung aufweist und zum anderen besonders funktions- sowie betriebssicher ist.
Für die Batterie- und/oder Akkuzelle 2 ist ein Gehäuse 31 vorgesehen, wie man der Fig. 3 entnimmt. Des Weiteren ist zur funktionssicheren Abführung der im Batteriesystem 1 entstehenden Wärme, und zwar insbesondere zur Entwärmung der im Gehäuse 31 befindlichen Komponenten, eine Wärmesenke 28 vorgesehen. Die Wärmesenke 28 besteht aus einem Metallkörper, wie einer Aluminiumplatte, und steht in thermischer Verbindung mit der Leiterplatte 27. Während sich die Widerstandsschaltungsanordnung 26 und/oder die Leiterplatte 27 für die Widerstandsschaltungsanordnung 26 im Gehäuse 31 befinden, ragt die mit der Leiterplatte 27 in thermischer Verbindung stehende Wärmesenke 28 aus dem Gehäuse 31 heraus, wie man anhand der Fig. 3 sieht. Zwecks weiterer Verbesserung der Entwärmung für die Widerstandsschaltungsanordnung 26 sowie zur funktionssicheren Führung des hohen elektrischen Stroms kann es sich bei der Leiterplatte 27 für die Widerstandsschaltungsanordnung 26 um eine für elektrische Leistungsströme geeignete Hochstromleiterplatte handelt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Erfindung nicht nur in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sondern kann auch in allen sonstigen Batterieprojekten und/oder -Systemen, in denen Wärmeenergie entsteht, Verwendung finden.
B ezugszei chen-Liste : : Batteriesystem
: Batterie- und/oder Akkuzelle
: Verbraucher
: Versorgungsleitung / Hauptversorgungsleitung
: Sicherungselement / elektromechanisches Bauelement
: (elektrisches) Schaltelement / elektromechanisches Bauelement (für die Versorgungsleitung / Hauptversorgungsleitung)
,8: Festkontakt
: Schaltkontakt
0, 1 1 : (elektrischer) Anschluss
2: Verteiler
3,14: Versorgungsleitung (zu Verbraucher)
5: Hauptsicherung
6: Shunt
7: Sicherungselement / Strommmesselement / Hall-Sensor
8 : Batteriesteckverbinder
: Steckverbinder
: Ladeleitung
1 : Ladesteckverbinder
: Ladegerät
: (elektrisches) Schaltelement (für Ladeleitung)
: Vorladeschaltung
: (elektrische) Kapazität
: (elektrischer) Widerstand / Widerstandsschaltungsanordnung ',26,,,26",: Widerstand
: Leiterplatte
: Wärmesenke
: Zuleitung
: (elektrischer) Schalter
: Gehäuse

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batterie- und/oder Akkuzelle (2), und mit einem mit der Batterie- und/oder Akkuzelle (2) über eine Versorgungsleitung (4) in elektrischer Verbindung stehenden Verbraucher (3), wobei in der Versorgungsleitung (4) ein schaltbares elektromechanisches Bauelement (6), wie ein elektrischer Schalter, ein Relais o. dgl., zur Schaltung der Versorgungsleitung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand (26) elektrisch parallel zum elektromechanischen Bauelement (6) in der Art eines Widerstandsbypasses geschaltet ist.
2. Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (3) eine elektrische Kapazität (25) aufweist, wobei die Kapazität (25) vor Schalten des elektromechanischen Bauelements (6) zur Schaltung der Versorgungsleitung (4) zum Verbraucher (3) über den elektrischen Widerstand (26) aufladbar ist, und dass vorzugsweise die Aufladung über den elektrischen Widerstand (26) mittels eines elektrischen Schalters (30) schaltbar ist.
3. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand (26) eine Widerstandsschaltungsanordnung aus wenigstens zwei Widerständen (26', 26") umfasst, dass vorzugsweise die Widerstände (26', 26", 26"') der Widerstandsschaltungsanordnung (26) in der Art eines Arrays angeordnet sind, und dass weiter vorzugsweise die Anzahl der Widerstände (26', 26", 26"') entsprechend der Größe des elektrischen Widerstands für die Widerstandsschaltungsanordnung (26) gewählt ist.
4. Batteriesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (26', 26", 26"') der Widerstandsschaltungsanordnung (26) aus SMD(Surface Mounted Device)-Bauteilen bestehen.
5. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (26', 26", 26"') der Widerstandsschaltungsanordnung (26) auf einer Leiterplatte (27) angeordnet sind, und dass vorzugsweise eine in thermischer Verbindung mit der Leiterplatte (27) stehende Wärmesenke (28), insbesondere bestehend aus einem Metallkörper, wie einer Aluminiumplatte, vorgesehen ist.
6. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Leiterplatte (27) für die Widerstandsschaltungsanordnung (26) um eine für elektrische Leistungsströme geeignete Hochstromleiterplatte handelt.
7. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (31) für die Batterie- und/oder Akkuzelle (2) vorgesehen ist, dass vorzugsweise die Widerstandsschaltungsanordnung (26) und/oder die Leiterplatte (27) für die
Widerstandsschaltungsanordnung (26) im Gehäuse (31) befindlich sind, und dass weiter vorzugsweise die mit der Leiterplatte (27) in thermischer Verbindung stehende Wärmesenke (28) aus dem Gehäuse (31) herausragt.
8. Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batterie- und/oder Akkuzelle (2), und mit einem mit der Batterie- und/oder Akkuzelle (2) über eine Hauptversorgungsleitung (4) in elektrischer Verbindung stehenden Verteiler (12) für wenigstens zwei Versorgungsleitungen (13, 14) zu Verbrauchern (3), wobei in der
Versorgungsleitung (13, 14) jeweils ein Sicherungselement (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (17) ein der Versorgungsleitung (13, 14) zugeordnetes Strommesselement umfasst, insbesondere derart dass eine
Schmelzdrahtsicherung verzichtbar ist.
9. Batteriesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Sicherungselement (17) weiter ein elektromechanisches Bauelement, wie einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl., zur Schaltung der Versorgungsleitung (13, 14) umfasst, wobei insbesondere das Strommesselement (17) bei Überschreiten eines
Grenzwertes für den gemessenen Strom das elektromechanische Bauelement schaltet, derart dass die Versorgungsleitung (13, 14) unterbrochen ist.
10. Batteriesystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Strommesselement (17) um einen Hall-Sensor, insbesondere in der Art eines integrierten Schaltkreises, zur Messung des durch die Versorgungsleitung (13, 14) fließenden elektrischen Stroms handelt.
1 1. Batteriesystem nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hauptversorgungsleitung (4) eine Hauptsicherung (15) befindlich ist.
12. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hauptsicherung (15) um eine Schmelzsicherung handelt.
13. Batteriesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batterie- und/oder Akkuzelle (2), und mit einem mit der Batterie- und/oder Akkuzelle (2) über eine Versorgungsleitung (4) in elektrischer Verbindung stehenden Verbraucher (3), wobei in der Versorgungsleitung (4) ein bei elektrischer Überlastung auslösendes Sicherungselement (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (5) ein schaltbares elektromechanisches Bauelement zum Unterbrechen der Versorgungsleitung (4) umfasst, insbesondere derart dass eine Schmelzdrahtsicherung verzichtbar ist.
14. Batteriesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das schaltbare elektromechanische Bauelement (5) zwei Festkontakte (7, 8) sowie einen Schaltkontakt (9) zur schaltbaren Überbrückung der Festkontakte (7, 8) umfasst, und dass vorzugsweise die Versorgungsleitung (4) mit den Festkontakten (7, 8) in elektrischer Verbindung steht.
15. Batteriesystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem schaltbaren elektromechanischen Bauelement (5) um einen elektrischen Schalter, ein Relais, ein Schütz o. dgl. zur Schaltung der Versorgungsleitung (4) handelt.
16. Batteriesystem nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das schaltbare elektromechanische Bauelement (5) für den zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung (4) dimensioniert ist, insbesondere derart dass das schaltbare elektromechanische Bauelement (5) bei Erreichen des Kurzschlussstroms den
Abschaltvorgang zum Unterbrechen der Versorgungsleitung (4) einmalig durchführt.
17. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das schaltbare elektromechanische Bauelement (5) für den maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung (4) dimensioniert ist, insbesondere derart dass wenigstens der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom in der Versorgungsleitung (4) funktionssicher abschaltbar ist.
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