WO2016113096A1

WO2016113096A1 - Batterie und batteriesystem aufweisend eine batterie

Info

Publication number: WO2016113096A1
Application number: PCT/EP2015/081067
Authority: WO
Inventors: Frank Stimm; Benjamin Mangold; Joerg Christoph WILHELM; Berengar Krieg
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-07-21
Also published as: DE102015200316A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Batteriesystem (10), aufweisend wenigstens ein Batteriemodul (12) mit einer Mehrzahl seriell oderparallel verschalteter Batteriezellen (14), und aufweisend eine Mehrzahl von Stromleitern (16), wobei die Stromleiter (16) jeweils mit wenigstens einer Batteriezelle (14) verbunden sind, und aufweisend wenigstens einen Stromsensor (11) zum Ermitteln des durch das Batteriemodul (12) fließenden Stroms, wobei wenigstens ein Stromleiter (16) wenigstens ein induktivitätserhöhendes Mittel (19) zum gezielten Erhöhen der Gesamtinduktivität des Batteriesystems derart aufweist, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel (19) an eine Messfrequenz des Stromsensors (11) angepasst ist, wobei die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das wenigstens eine Batteriemodul (12) fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors (11) fallen. Ein vorbeschriebenes Batteriesystem (10) erlaubt auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Kurzschlusserkennung beziehungsweise Kurzschlussstrombegrenzung und dadurch eine verbesserte Sicherheit bei dem Betrieb eines derartigen Batteriesystems (10), insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.

Description

Beschreibung

Titel

Batterie und Batteriesystem aufweisend eine Batterie

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer verbesserten Sicherheit. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Batteriesystem, welches eine derartige Batterie aufweist.

Stand der Technik

Verschiedenste Energiespeicher, wie etwa Lithium-basierte Energiespeicher beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen.

In elektrisch angetriebenen Fahrzeuge, beispielsweise, werden heutzutage als elektrische Energiespeicher (EES) oftmals auf Lithiumchemie basierende

Akkumulatoren eingesetzt, da diese im Vergleich zu Nickel- oder Blei-basierten Energiespeichern eine besonders hohe Energiedichte bei geleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Typischer Weise sind elektrische Energiespeicher als Reihenschaltung von Einzelzellen oder als Reihenschaltung von parallel geschalteten Zellen realisiert. Meist sind die Einzelzellen in Modulen gruppiert, so dass die Gesamtbatterie als Reihenschaltung von Modulen aufgebaut ist.

Um eine von den Energiespeichern beziehungsweise Batterien ausgehende Gefährdung zu reduzieren, sind oftmals Trennvorrichtungen vorgesehen, welche einen elektrischen Leiter etwa bei dem Vorliegen eines Kurzschlusses

unterbrechen können.

Das Dokument DE 10 2011 121 604 AI, beispielsweise, offenbart ein Verfahren zum Schützen eines elektrischen oder elektronischen Systems, insbesondere eines Hochvoltbatteriesystems in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, vor einem elektrischen Überstrom und/oder Kurzschluss. Hierzu vorgesehen werden zumindest ein Messmittel zur Messung eines Betriebsstroms, ein Schutzschalter zur Stromunterbrechung und ein Steuergerät zum Auslösen des Schutzschalters. Dabei wird ein ungewöhnlich hoher Stromanstieg als Indikator für einen kommenden Kurzschluss verwendet. Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Sollwert zur Stromunterbrechung an die Induktivität des Systems angepasst wird.

Aus dem Dokument WO 2005/115805 AI ist ferner ein elektronischer

Batterieschutzschalter bekannt, der in Kraftfahrzeugen zwischen die Batterie und das Kraftfahrzeugbordnetz geschaltet wird. Dabei wird eine rein elektronisch realisierte Überstrom- bzw. Kurzschlussabschaltung vorgesehen, welche ein deutlich schnelleres Abschalten ermöglichen soll. Es ist ferner grundsätzlich beschrieben, dass zum Zeitpunkt des Abschaltens des Lastkreises ein geringer Strom fließt aufgrund der endlichen Stromanstiegsgeschwindigkeit, bewirkt durch die Induktivität des Lastkreises.

Aus dem Dokument EP 0 590 167 AI ist ferner ein Leitungsschalter für

Hochfrequenzanwendungen mit geringen Strömen bis 16A bekannt, der mit einem Halbleiterelement arbeitet, dessen Innenwiderstand bei einer bestimmten

Steuerspannung an einer Steuerelektrode und einer Arbeitsspannung an in Durchgangsrichtung in einem Leitungszug liegenden Arbeitselektroden einen niedrigen Wert aufweist und dessen Innenwiderstand mit steigender Spannung an den Arbeitselektroden sprunghaft ansteigt. Dabei ist es vorgesehen, dass im Laststrom eine kleine Induktivität von maximal ΙΟΟηΗ geschaltet ist.

Das Dokument DE 10 2009 007 969 AI beschreibt eine Kurzschluss- Schutzvorrichtung zur Begrenzung von Kurzschlussströmen in Hochenergie- Gleichstromnetzen, insbesondere von Batterieanalagen in U-Boot- Gleichstromnetzen. Eine derartige Vorrichtung umfasst zur Begrenzung des Kurzschlussstroms einen ohmschen Widerstand und einen zu dem Widerstand parallel geschalteten Schalter zur Überbrückung des Widerstands bei

Kurzschlussfreiheit.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem, aufweisend wenigstens ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl seriell oder parallel verschalteter Batteriezellen, und aufweisend eine Mehrzahl von Stromleitern, wobei die Stromleiter jeweils mit wenigstens einer Batteriezelle verbunden sind, und aufweisend wenigstens einen Stromsensor zum Ermitteln des durch das Batteriemodul fließenden Stroms, wobei wenigstens ein Stromleiter wenigstens ein induktivitätserhöhendes Mittel zum gezielten Erhöhen der Gesamtinduktivität des Batteriesystems derart aufweist, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel an eine

Messfrequenz des Stromsensors angepasst ist, wobei die

Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das wenigstens eine Batteriemodul fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des

Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors fallen.

Eine vorbeschriebene Batterie erlaubt auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Kurzschlusserkennung beziehungsweise

Kurzschlussstrombegrenzung und dadurch eine verbesserte Sicherheit bei dem Betrieb einer derartigen Batterie, insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.

Unter einer Batterie kann dabei in für den Fachmann verständlicher Weise sowohl eine Primärbatterie, als auch besonders bevorzugt eine

Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator verstanden werden, welche vorzugsweise in Gleichstrom betrieben werden können. Beispielsweise kann die Batterie eine Lithium-Batterie, etwa eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Insbesondere kann eine vorbeschriebene Batterie eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein. Die vorbeschriebene Batterie weist wenigstens ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl seriell oder parallel verschalteter Batteriezellen auf. Die Batteriezellen können dabei beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen ausgestaltet sein, wie diese dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind. Dabei können die

Batteriezellen in der Anzahl und Ausgestaltung an das gewünschte

Anwendungsgebiet angepasst sein. Für den beispielhaften Fall eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise, können die Batteriezellen in ihrer Gesamtheit, beispielsweise verteilt über mehrere Batteriemodule des

Batteriesystems, eine Nominalspannung von größer oder gleich 200V, beispielsweise 400V oder darüber und einen nominellen Maximalstrom von bis zu 100A oder größer oder gleich 100A, beispielsweise größer oder gleich 120A, etwa 240 A oder darüber, liefern.

Ferner ist eine Mehrzahl von Stromleitern vorgesehen, die jeweils mit wenigstens einer Batteriezelle verbunden sind. Durch die Stromleiter können die

Batteriezellen beispielsweise in an sich bekannter Weise in Batteriemodulen seriell oder parallel mit einander verschaltet sein, oder die Stromleiter können eine Mehrzahl an Batteriemodulen, wie etwa zwei Batteriemodule, miteinander verschalten. Ferner können die Stromleiter die Batteriezellen beziehungsweise die Module mit einem externen Anschluss verbinden. Beispielsweise können die Stromleiter Hochstromverbinder sein, also Verbindungsleiter, welche den vorgenannten Strömen, standhalten können. Somit sind die Stromleiter insbesondere derart ausgestaltet, dass sie Strömen von wenigstens 100A standhalten können, also bei dem Führen von 100A stabil bleiben. Davon ist in für den Fachmann verständlicher Weise umfasst, dass in Ausgestaltungen auch das Führen von höheren Strömen als 100A möglich sein kann.

Die Batterie weist ferner wenigstens einen Stromsensor zum Ermitteln des durch das Batteriemodul fließenden Stroms auf, wobei der Stromsensor mit einer definierten Messfrequenz arbeiten kann. Die Messfrequenz gibt dabei an, in welchem zeitlichen Abstand einzelne Messungen erfolgen können.

Die Messwerte eines derartigen Stromsensors, wie beispielsweise eines Shunt- Sensors oder eines Hall-Sensors, können zu diskreten Zeitpunkten, die wie vorstehend beschrieben durch die Messfrequenz definiert sein können, ausgewertet werden und gegebenenfalls zur Verringerung der Rechenleistung einer Steuereinheit durch eine Software gemittelt und/oder gefiltert und mit geringerer Wiederholrate weiterverarbeitet werden. Der Messbereich dieser Stromsensoren kann beispielsweise auf den spezifizierten Systemstrom ausgelegt sein, kann also nur wenig über den maximalen Betriebsstrom hinaus gehen, wie etwa bis zu 50% darüber.

Wenigstens ein Stromleiter kann dabei ein induktivitätserhöhendes Mittel aufweisen. Dies kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass die Gesamtinduktivität des Batteriemoduls beziehungsweise des Batteriesystems durch das Einfügen dieses Mittels im Vergleich zu einem Batteriemodul ohne dieses Mittel ansteigt. Als Vergleich kann dabei

insbesondere ein elektrischer Leiter dienen, der die gleiche Länge aufweist wie der mit dem induktivitätserhöhenden Mittel ausgestattete Leiter und welcher dabei in einer Geraden geformt ist.

Der Stromleiter mit dem induktivitätserhöhenden Mittel ist dabei vorzugsweise ein solcher Leiter, der mit wenigstens einer Batteriezelle beispielsweise unmittelbar verbunden ist und dabei vorzugsweise unmittelbar innerhalb einer Batterie angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der Stromleiter ein

Hochstromverbinder sein. Ein derartiges Bauteil kann somit individuell an die gewünschte Anwendung angepasst werden. Darüber hinaus kann so wiederum eine besonders einfache Implementierbarkeit und Nachrüstbarkeit erlauben.

Durch das induktivitätserhöhende Mittel oder durch die Mehrzahl an

induktivitätserhöhenden Mitteln kann dabei ermöglicht werden, dass die

Gesamtinduktivität L des Batteriemoduls im Vergleich zu herkömmlichen

Batteriemodulen signifikant ansteigt. Durch die Erhöhung der Induktivität kann die Zeitkonstante t=L/R erhöht werden, wobei R den Innenwiderstand der Batterie angibt, und damit die Sprungantwort der Batterie auf den Kurzschluss derart verzögert werden, dass das Batteriemanagement-System einen

Überstrom sicher erkennen und gegebenenfalls eine Trenneinrichtung aktivieren kann, wie dies nachstehend im Detail erläutert wird. Dabei ist das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel derart gewählt, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel an eine Messfrequenz des Stromsensors angepasst ist, so dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das Batteriemodul fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei

Messpunkte des Stromsensors, insbesondere wenigstens fünf Messpunkte des Stromsensors, fallen. Eine derartige Anpassung beziehungsweise eine derartige Auswahl des induktivitätserhöhenden Mittels oder der induktivitätserhöhenden Mittel weist gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile auf.

Beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann in einer vorbeschriebenen Batterie beziehungsweise in einem Batteriesystem aufweisend eine derartige Batterie eine oder mehrere Vorrichtungen vorgesehen sein, um einen Kurzschlussstrom zu begrenzen beziehungsweise um eine elektrische

Leitung bei dem Auftreten von Kurzschlussströmen zu trennen. Hierzu können beispielsweise Schmelzsicherungen in den elektrischen Leitungen vorgesehen sein. Dadurch kann verhindert werden, dass Brandgefahr besteht oder dass Zellen beschädigt werden. Die Schmelzsicherungen können ausgebildet sein aus verjüngten Leitern, wie beispielsweise Kupferleitern, die etwa mehrere seriell oder parallel realisierte Engstellen in dem Leiter aufweisen. Bei

Kurzschlussströmen können diese Engstellen schmelzen und den Leiter somit unterbrechen. Allerdings schwächen derartige Verjüngungen die Struktur des Leiters, wodurch unter Vibrationen die Engstellen brechen und zu einer veränderten

Sicherungscharakteristik und zu einer unberechtigten beziehungsweise ungewollten Unterbrechung des Stromkreises führen können. Auch bei einem Betrieb mit spezifizierten Spitzenströmens kann es an den Verjüngungen beziehungsweise Engstellen zu einer Erwärmung und somit zu einer Alterung der

Sicherung kommen, was ebenfalls zu einer Veränderung der

Sicherheitscharakteristik und zu unberechtigten Unterbrechungen des

Stromkreises führen kann. Zudem haben Schmelzsicherungen eine bestimmte Charakteristik: liegt der fließende Strom nur wenig über dem für eine Trennung durch die Sicherung spezifizierten Wert, kann es mehrere Sekunden dauern, wie etwa bis zu über 100s, bis der Strom unterbrochen wird. Bei sehr hohen Strömen kann die Sicherung dagegen schon nach weniger als 1 ms trennen. Daher können Schmelzsicherungen, von denen wenigstens eine in einer vorbeschriebenen Batterie vorgesehen sein kann, die Sicherheit deutlich erhöhen, bieten jedoch noch Verbesserungspotential.

Es kann daher von Vorteil sein, dass bei einem vorbeschriebenen Batteriesystem auf das Vorsehen einer Schmelzsicherung verzichtet werden kann. Dadurch kann das Batteriesystem zum Einen besonders kostengünstig gestaltet sein und kann auf der anderen Seite die Langzeitstabilität erhöht sein.

Weiterhin kann bei einem vorbeschrieben Batteriesystem, etwa in Fahrzeugen, eine oder mehrere beispielsweise irreversible oder auch reversible

Trenneinrichtungen, wie beispielsweise Schütze, vorgesehen sein, die bei Nichtnutzung der Batterie, wie beispielsweise des Fahrzeugs, die Batterie von dem Bordnetz beziehungsweise Traktionsnetz beispielsweise zweipolig trennen, um den Bereich des Fahrzeugs, der unter Spannung von beispielsweise >60 V steht, auf das Batterieinnere zu begrenzen. Diese Trenneinrichtungen werden auch zum Schutz der Batterie beispielsweise vor Tiefentladung unter Überladung genutzt. Dazu können die Trenneinrichtungen nicht nur den spezifischen Betriebsstrom tragen und trennen, sondern können auch deutlich höhere Ströme wie beispielsweise bis zu 400 % zumindest einige Male trennen. Ferner kann die Trenneinrichtung dazu dienen, einen Stromleiter bei dem Vorliegen eines Kurzschlussstroms zu trennen. Die Trenneinrichtungen werden üblicherweise von der Steuereinheit, wie beispielsweise von dem Batterie-Management-System gesteuert. Dabei kann die Steuereinheit von der Detektionsvorrichtung zum Detektieren von durch das Batteriemodul fließendem Strom mit aktuellen Stromwerten versorgt wird und bei dem Vorliegen eines Stroms, der oberhalb eines Grenzwertes liegt, die Trennvorrichtung zum Trennen eines

Kurzschlussstroms ansteuern. Aufgrund des geringen Innenwiderstands beispielsweise von Lithium-Ionen- Batterien sind sehr hohe Kurzschlussströme möglich, die sowohl den

Messbereich der verwendeten Stromsensoren, als auch die Trennfähigkeit der Trenneinrichtung zumindest in Stromspitzen übersteigen können.

Da bei einem Kurzschluss der Strom typischerweise sehr schnell ansteigt, beispielsweise begründet durch eine Fehlansteuerung oder ein Durchlegieren eines IGBTs, oder durch den Kontakt zweier spannungsführender Teile, kann der Messwert des Stromsensors herkömmlicherweise von einem Abtastschritt zum nächsten vom momentan Messwert in den Messbereichsanschlag springen.

Dabei kann zwischen den Abtastschritten eine Zeitdauer in einem Bereich von größer als 0,5 ms, beispielsweise 1 ms oder darüber liegen. In diesem Zustand ist es der Steuereinheit nur schwer möglich zu erfassen, ob der Strom noch in einem Bereich liegt, der durch die Trenneinrichtung getrennt werden kann. In diesem Fall ist es somit notwendig, auf die Funktion der Schmelzsicherung zu vertrauen. Das System ist nach Beseitigung des externen Kurzschlusses nur durch Tausch der Sicherung wieder in Betrieb zu setzen.

Da es trotz auslösender Sicherung zu Schädigungen der Zellen durch hohe Kurzschlussströme kommen kann, und da bei hohen Kurzschlussströmen der

Strom durch die Sicherung sehr schnell getrennt wird, kann es vorkommen, dass der Messbereichsanschlag des Stromsensors nicht erfasst wird, da der

Kurzschlussstrom und die Trennung zwischen zwei Abtastschritten liegen können, oder dass der Messbereichsanschlag lediglich für einen Abtastschritt anliegt. In Letzterem Fall kann sich auswirken, dass, da es im Fahrzeugumfeld zu Fehlmessung etwa durch Einstreuungen, Bordnetzschwankungen usw. führen kann, ein einmaliges Erfassen eines Messbereichsanschlag oftmals nicht zu einem Eintrag in einem Fehlerspeicher führt. Daher ist es oftmals fraglich, ob nach dem Ausfall der Schmelzsicherung die betroffenen Zellen und somit der Batteriestapel weiterbetrieben werden darf.

Dieses Problem tritt unter Verwendung der vorbeschriebenen Batterie jedoch gerade nicht auf. Dadurch, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel an eine Messfrequenz des Stromsensors angepasst ist, so dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das Batteriemodul fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors fallen, ist es möglich, wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens fünf, Messwerte für den durch das Batteriemodul fließenden Strom zu ermitteln, bevor der Strom die Stärke eines Kurzschlussstromes erreicht hat. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Kurzschlussstrom sicher und verlässlich ermittelt wird, wobei durch die Mehrzahl an Messergebnissen ferner eine Fehlmessung oder ein Fehlerhaftes Schließen eines Schutzschalters ausgeschlossen werden kann. Dadurch kann auf sichere Weise ermittelt werden, ob und in welchem Umfang eine Batterie nach dem Schließen eines Schutzschalters noch betrieben werden kann.

Dadurch, dass die physikalisch mögliche Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms durch das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel des Leiters durch eine Induktivitätserhöhung signifikant begrenzt ist, können darüber hinaus durch die

Steuereinheit die batterieeigenen Trenneinrichtungen rechtzeitig aktiviert werden, bevor der anstiegsbegrenzte Kurzschlussstrom den Bereich überschreitet, der noch durch die Trenneinrichtung getrennt werden kann. Dadurch kann die Batterie trotz extern aufgetretenem Kurzschluss weiterbetrieben werden, da durch die Trennung des Kurzschlussstroms durch die Trenneinrichtung die

Schmelzsicherung nicht auslöst. Es kann jedoch beachtet werden, dass die Schmelzsicherung gealtert ist und zeitnah ausgetauscht werden sollte. Ist es darüber hinaus möglich, die Erkennung und Abschaltung hinreichend zuverlässig auszulegen, kann auf die Schmelzsicherung ganz verzichtet werden.

Somit kann einer Steuereinrichtung, wie beispielsweise einem Batterie- Management-System, auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht werden, dass ein Kurzschluss sicher erkannt wird. Insbesondere kann unterschieden werden, ob eine gegebenenfalls vorliegende Schmelzsicherung aufgrund von Alterung oder Vibration oder aber aufgrund eines Kurzschlusses den Stromkreis unterbrochen hat. Es ist somit besonders vorteilhaft möglich, anhand von

Fehlerspeichereinträgen über den möglichen Verbleib der Batterie zu

entscheiden. Bei einer vorbeschriebenen Batterie erfolgt daher gerade keine Anpassung der Regeltechnik beziehungsweise der Messzyklen an die gegebene Induktivität der Batterie, sondern die Induktivität wird vielmehr angepasst an die vorhandene Peripherie des Batteriesystems beziehungsweise des jeweiligen Batteriemoduls und an die einstellbaren Messzyklen. Dadurch kann das Batteriesystem insbesondere für Batteriemodule mit geringem Innenwiderstand, wie etwa für Lithiumbatterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, von Vorteil sein. Eine Implementierung der vorbeschriebenen Batterie in bestehende

Batteriesysteme ist dadurch besonders einfach durchführbar. Ferner kann durch eine geeignete Anpassbarkeit die von einem Kurzschluss ausgehende

Gefährdung besonders sicher reduziert werden.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das wenigstens eine

induktivitätserhöhende Mittel derart gewählt sein, dass die

Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das Batteriemodul fließenden

Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf einen Auslösestrom einer Schutzvorrichtung zum Unterbrechen des

Kurzschlussstroms wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors fallen.

Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ein besonders sicheres Betreiben der Batterie möglich sein, da nicht nur ein Kurzschluss sicher detektiert werden kann, sondern in Antwort auf das Detektieren des Kurzschlussstroms dieser auch sicher getrennt werden kann. Denn es kann im Wesentlichen ausgeschlossen werden, dass der Kurzschlussstrom die Trennfähigkeit der Schutzvorrichtung beziehungsweise der Trennvorrichtung übersteigt. Dies kann insbesondere bei Batterien mit einem geringen Innenwiderstand, wie etwa bei Lithium-Ionen-

Batterien von Vorteil sein.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das wenigstens eine

induktivitätserhöhende Mittel derart gewählt sein, dass das Batteriesystem eine Gesamtinduktivität aufweist, die ein einem Bereich von größer oder gleich 10mH, beispielsweise größer oder gleich 20mH, etwa größer oder gleich 25mH, bis kleiner oder gleich 500mH, insbesondere bis kleiner oder gleich 250mH, liegt, und dass die Messfrequenz Messungen in einem zeitlichen Abstand von größer oder gleich 1 ms bis kleiner oder gleich 100ms bestimmt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann durch eine signifikante Erhöhung der Gesamtinduktivität des Batteriemoduls es ermöglicht werden, dass kostengünstige Messeinrichtungen beziehungsweise Steuereinrichtungen verwendet werden können mit

vergleichsweise geringen Messfrequenzen. Denn Messfrequenzen in dem vorbeschriebenen Bereich sind durch in der ON-board-Diagnose bei

Kraftfahrzeugen übliche Systeme, wie insbesondere Batterie-Management-

Systeme, gebräuchlich und meist problemlos und kostengünstig anwendbar, wodurch durch die vorgenannten Parameter insbesondere eine geeignete Kombination von Erhöhung der Induktivität und preisgünstigen und problemlos einsetzbaren Mess- und Auswertesystemen möglich wird.

Beispielsweise kann die Induktivität, wie etwa die Induktivität des

Gesamtsystems ermittelbar sein durch Impedanzspektroskopie oder in an sich bekannter Weise mittels einer LCR-Brücke beziehungsweise

Wechselspannungsbrücke.

Ferner kann dadurch, dass durch das induktivitätserhöhende Mittel eine

Erhöhung der Induktivität auf einen Betrag von größer oder gleich 10mH, insbesondere größer oder gleich 20mH, beispielsweise größer oder gleich 25mH realisiert wird, auf besonders einfache Weise eine Einsetzbarkeit in

Batteriesysteme mit hohen Strömen, beispielsweise in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, möglich sein. Rein beispielhaft und in keiner Weise beschränkend kann bei einer Batterie mit typischerweise 0,1 Ohm

Innenwiderstand, 400 V Nominalspannung und einem nominellen Maximalstrom von 240 A und einem Stromsensor mit einem Messbereich von 330 A für fünf Messungen in einem Abstand von je einer Millisekunde eine Gesamte-Induktivität von 20 mH vorteilhaft sein.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Stromleiter in einer induktivitätserhöhenden Struktur ausgebildet sein beziehungsweise diese aufweisen. Das bedeutet, dass der Stromleiter von seiner herkömmlichen Form, etwa einer Geraden oder einem rechten Winkel oder einer Bogenform, abweicht und vielmehr eine insbesondere lokal begrenzte Struktur aufweist, durch welche eine erhöhte Induktivität erzeugt wird, wobei sich die Induktivitätserhöhung insbesondere auf einen geraden Leiter gleicher Länge beziehen kann. Dabei kann insbesondere die Gesamtlänge des Leiters gemeint sein und nicht zwingend die geometrische Länge, also die Länge des Bauteils. Die Induktivität ist dabei ermittelbar, wie es dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.

Dadurch, dass wenigstens ein Stromleiter eine induktivitätserhöhende Struktur aufweist beziehungsweise das induktivitätserhöhende Mittel durch die

induktivitätserhöhende Struktur gebildet wird, kann eine erhöhte Induktivität somit durch den Leiter als solches und gegebenenfalls ohne das Vorsehen weiterer Elemente ermöglicht werden. Dies erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige und dabei effektive Ausbildung der Induktivität. Ferner können auf diese Weise weitere Bauteile des Batteriesystems im Wesentlichen in herkömmlicher Weise ausgestaltet werden, was eine besonders einfache Implementierung in bereits bestehende Systeme erlaubt.

Beispielsweise kann der Stromleiter in Form einer Schleife oder einer Spule als induktivitätserhöhende Struktur ausgebildet sein. Insbesondere durch eine Spule oder eine Schleife kann die Induktivität in großem Maße erhöht werden, um so Stromspitzen oder hohe Kurzschlussströme begrenzen zu können. Dabei kann die Anzahl der Spulenwindungen oder der Schleifen an das gewünschte

Anwendungsgebiet angepasst werden. Beispielsweise kann der Stromleiter in u- Form als einfachste Schleifenform oder in der Form eines Mäanders als mehrfache Schleifenform ausgestaltet sein.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das induktivitätserhöhende Mittel ein magnetisch hochpermeables Material aufweisen. Unter einem magnetisch hochpermeablen Material kann dabei insbesondere ein derartiges Material verstanden werden, welches eine relative magnetische Permeabilität μ_Γ in einem Bereich von größer oder gleich 200, beispielsweise von größer oder gleich 300, etwa bis kleiner oder gleich 10.000 aufweist. Die relative magnetische

Permeabilität μ_Γ kann dabei ermittelbar sein gemäß der Norm DIN IEC 60404. Durch das Vorsehen derartiger Materialen an der induktivitätserhöhenden Struktur kann die Induktivität auf effektive Weise gesteigert werden.

Beispielsweise kann das magnetisch hochpermeable Material an einer induktivitätserhöhenden Struktur vorliegen. Dadurch kann die Ausgestaltung der induktivitätserhöhenden Struktur, wie etwa einer Spule oder einer Schleife, besonders gering dimensioniert sein, was beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen die Implementierung auch in geringen

Platzverhältnissen und mit geringem Gewicht ermöglichen kann. Beispielsweise kann als magnetisch hochpermeables Material ein Ferrit

Verwendung finden. Insbesondere Ferrite können eine besonders hohe

Induktivitätssteigerung ermöglichen, so dass eine besonders kompakte

Ausgestaltung möglich sein kann. Beispielhaft aber nicht beschränkend können als Ferrite Mangan-Zink-Ferrite (MnZn), etwa in der Zusammensetzung Mn_aZn(i- _a)Fe2C>4, oder auch Nickel-Zink-Ferrite (NiZn), etwa in der Zusammensetzung

Ni_aZn(i-a)Fe2C>4, verwendet werden.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das magnetisch hochpermeable Material im Inneren von Spulenwindungen eines in Form einer Spule geformten

Stromleiters angeordnet ist, beziehungsweise dass das hochpermeable Material von den Spulenwindungen umgeben ist. Diese Anordnung kann wiederum sehr raumsparend anordbar sein, so dass eine Anwendung auch bei geringen Platzverhältnissen möglich ist. Ferner kann so eine besonders gute

Induktivitätssteigerung ermöglicht werden.

Alternativ kann es möglich sein, dass das magnetisch hochpermeable Material wenigstens einen Stromleiter zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umschließt, etwa im Bereich der induktivitätssteigernden Struktur. Beispielsweise kann das hochpermeable Material im Bereich der induktivitätssteigernden Struktur als Hülle für den Stromleiter dienen. Auch diese Ausgestaltung kann wiederum eine besonders platzsparende Realisierung ermöglichen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur

beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines Batteriesystems aus Modulen mit zwei gemäß der Erfindung in ihrer Induktivität gesteigerten Modulverbindern; und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines Batterie- Teil-Systems aus Modulen mit einem Batteriemodul-Verbinder zwischen zwei Modulen gemäß der Erfindung.

In der Figur 1 ist eine Ausgestaltung eines Batteriesystems 10 gezeigt. Das Batteriesystem 10, das etwa ein Lithium-Ionen-Batteriesystem sein kann, weist wenigstens ein Batteriemodul 12 mit einer Mehrzahl seriell verschalteter Batteriezellen 14 auf, wobei in der Figur 1 acht Batteriemodule 12 gezeigt sind. Ferner ist eine Mehrzahl von Stromleitern 16 vorgesehen, um die Batteriemodule 12 miteinander zu verbinden. Die Stromleiter 16 können dabei zum Führen von Strömen von 100A ausgelegt sein. Im Detail sind die Stromleiter 16 gemäß Figur 1 zwischen zwei Batteriezellen 14 angeordnet oder mit diesen verbunden, wobei die Batteriezellen 14 dann endseitig eines ein Batteriemodul 12 ausbildenden Batteriestrangs angeordnet sind. Dabei ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Stromleiter 16 mit einem induktivitätserhöhenden Mittel 19 derart versehen ist, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel 19 an eine Messfrequenz eines Stromsensors 1 1 angepasst ist, wobei die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das Batteriemodul 12 fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors 1 1 fallen.

In der Figur 1 ist dabei zu erkennen, dass das induktivitätserhöhende Mittel 19, ein magnetisch hochpermeables Material 18, wie etwa ein Ferrit, ist, welches die

Stromleiter 16 ummantelt beziehungsweise umschließt.

Ferner ist ein Stromsensor 1 1 zum Detektieren von durch die Batterie 10 fließendem Strom gezeigt, der neben der gezeigten Anordnung am positiven Stromleiter auch am negativen Stromeiter der Batterie, zwischen den Modulen 12 oder innerhalb eines der Module 12 angeordnet sein kann. Weiterhin sind zwei Schutzvorrichtungen 13 zum Unterbrechen des Kurzschlussstroms gezeigt, von denen auch eine ausreichend sein kann. Es ist ferner eine Steuereinheit 15 zum Aktivieren der Schutzvorrichtung 13 vorgesehen, die ferner mit dem Stromsensor 1 1 verbunden sein kann. Die Steuereinheit kann etwa das Batterie- Management-System sein, welches den Stromsensor 1 1 ansteuern

beziehungsweise die Daten des Stromsensors 1 1 auswerten und die

Schutzvorrichtung 13 beziehungsweise Trennvorrichtung ansteuern kann.

Schließlich ist ein elektrischer Anschluss 17, wie etwa eine Anschluss-Buchse, des Batteriesystems 10 gezeigt.

In der Figur 2 ist eine weitere Ausgestaltung einer Batterie 10 gezeigt, wobei ein Stromleiter 16, der über jeweils einen Anschluss 20 mit zwei Batteriezellen 14 verbunden ist, in Form einer Spule als induktivitätserhöhende Struktur als ein induktivitätserhöhendes Mittel 19 ausgebildet ist. Mit Bezug auf die weitere Beschreibung wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verweisen, wobei gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen werden.

Claims

Ansprüche

1 . Batteriesystem (10), aufweisend wenigstens ein Batteriemodul (12) mit einer Mehrzahl seriell oder parallel verschalteter Batteriezellen (14), und aufweisend eine Mehrzahl von Stromleitern (16), wobei die Stromleiter (16) jeweils mit wenigstens einer Batteriezelle (14) verbunden sind, und aufweisend wenigstens einen Stromsensor (1 1 ) zum Ermitteln des durch das Batteriemodul (12) fließenden Stroms, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stromleiter (16) wenigstens ein induktivitätserhöhendes Mittel (19) zum gezielten Erhöhen der Gesamtinduktivität des

Batteriesystems (10) derart aufweist, dass das wenigstens eine

induktivitätserhöhende Mittel (19) an eine Messfrequenz des Stromsensors (1 1 ) angepasst ist, wobei die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das wenigstens eine Batteriemodul (12) fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf den Kurzschlussstrom wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors (1 1 ) fallen.

2. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel (19) derart gewählt ist, dass die Stromanstiegsgeschwindigkeit eines durch das wenigstens eine

Batteriemodul (12) fließenden Kurzschlussstroms derart begrenzt ist, dass in die Dauer des Stromanstiegs auf einen Auslösestrom einer

Schutzvorrichtung (13) zum Unterbrechen des Kurzschlussstroms wenigstens zwei Messpunkte des Stromsensors (1 1 ) fallen. 3. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel (19) derart gewählt wird, dass das Batteriesystem (10) eine Gesamtinduktivität aufweist, die ein einem Bereich von größer oder gleich 10mH liegt, und dass die Messfrequenz Messungen in einem zeitlichen Abstand von größer oder gleich 1 ms bis kleiner oder gleich 100ms definiert. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stromleiter (16) in einer

induktivitätserhöhenden Struktur, insbesondere in Form einer Schleife oder einer Spule, geformt ist.

Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass das wenigstens eine induktivitätserhöhende Mittel (19) ein magnetisch hochpermeables Material (18), insbesondere mit einer relativen magnetischen Permeabilität μ_Γ in einem Bereich von größer oder gleich 200, aufweist.

Batteriesystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch hochpermeable Material (18) ein Ferrit ist.

Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch hochpermeable Material (18) im Inneren von Spulenwindungen eines in Form einer Spule geformten

Stromleiters (16) angeordnet ist, oder dass das magnetisch hochpermeable Material (18) wenigstens einen Stromleiter (16) zumindest teilweise umschließt.

Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass die Stromleiter (16) zum Führen von Strömen von 100A ausgelegt sind.

Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die Batterie (10) eine Lithium-Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, ist.

10. Batteriesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass das Batteriesystem keine Schmelzsicherung aufweist.