DE102012207769B4 - Batteriemodul und Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Batteriemodul (5) mit mindestens einer Batteriezelle (15), wobei das Batteriemodul (5) so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad (80) zwischen Polen (10,20) der Batteriezelle (15) bereitstellen kann,dadurch gekennzeichnet,dass die mindestens eine Batteriezelle (15) eine Sicherung (400) umfasst und der Strompfad (80) so ausgelegt ist, dass durch die Bereitstellung des Strompfades (80) ein Lichtbogen in einer Sicherung (400) der mindestens einen Batteriezelle (15) nach Auslösen der Sicherung (400) verhindert oder beendet wird,wobei das Batteriemodul (5) eine Vorrichtung (96) zum Erkennen eines Auslösens der Sicherung (400) und zur Bereitstellung des Auslösesignals in Reaktion auf das Erkennen des Auslösens der Sicherung (400) umfasst.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mindestens einer Batteriezelle, zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
- Stand der Technik
- Batteriemodule mit einer oder mehreren Lithium-Ionen-Batteriezellen sind zum Beispiel in Kraftfahrzeugen, etwa Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, in Verbindung mit Antrieben der Kraftfahrzeuge zu finden.
- Batteriemodule für den Einsatz im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen werden auch Traktionsbatteriemodule genannt. Um die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geforderte Leistung zu erbringen, werden in den Batteriemodulen Batteriezellen in Reihe und teilweise auch parallel geschaltet. Bei Elektrofahrzeugen weisen Batterien teilweise Spannungen über 450 V auf, und auch bei Hybridfahrzeugen wird die für den Kontakt mit Menschen als Unbedenklichkeitsschwelle angenommene Spannung von 60 V überschritten. Werden solche Batterien durch externe Ereignisse wie Unfälle oder Fehlfunktion in der Ansteuerung eines Leistungsschalters kurzgeschlossen, so können in den Batteriezellen Ströme mit Stromstärken entstehen, die ein Bersten oder Feuerfangen der Batterie bewirken können.
- In der
1 ist ein Prinzipschaltbild eines Traktionsbatteriemoduls 5 nach dem Stand der Technik gezeigt, wie es etwa aus der OffenlegungsschriftDE102009000682 A1 bekannt ist.1 zeigt zwei Pole 10 und 20, die über einen Strompfad 30 verbunden sind, auf dem Batteriezellen 15 als Spannungsquellen in Reihe angeordnet sind, so dass über die Pole 10, 20 eine durch die Zellen 15 kumulativ zur Verfügung gestellte Spannung abgenommen werden kann. Daneben weist das Modul 5 eine Lade- und Trennvorrichtung 40 am Pluspol 10, eine Trennvorrichtung 50 am Minuspol 20 und einen Servicestecker 60 auf. - In der
2 ist ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle 15 nach dem Stand der Technik gezeigt, wie sie etwa ausUS5939217 A bekannt ist. Es zeigt zwei Pole 100 und 200, über die eine durch die Zelle 15 zur Verfügung gestellte Spannung einer Spannungsquelle 300 abgenommen werden kann. Daneben weist die Zelle eine Sicherung 400 am Pluspol 100 auf. Die Sicherung 400 hat die Funktion, im Falle eines abnormen Zustandes von Temperatur oder Stromfluss in der Batteriezelle 15 die Spannungsquelle 300 zuverlässig vom Pluspol 100 zu trennen. - Aus der internationalen Patentanmeldung
WO1993010589 A1 ist eine Vorrichtung zur Ausbalancierung der Ladezustände von Untereinheiten einer Batterie bekannt. Jede Untereinheit ist mit einem Entladestromkreis mit in Reihe geschalteten Widerständen und Sicherungen versehen. Der Entladestromkreis ist schaltbar. - Die
DE 10 2011 088 328 A1 zeigt ein Batteriesystem mit einer Batterie, welche eine Mehrzahl in Reihe geschalteter Batteriezellen umfasst. Zudem umfasst das Batteriesystem mindestens ein Sicherungsmittel, welches derart in Reihe zu den Batteriezellen geschaltet ist, dass nach dem Auslösen des mindestens einen Sicherungsmittels die Summe der Spannungen der noch in Reihe geschalteten Batteriezellen eine Grenzspannung nicht überschreitet. Ferner umfasst das Batteriesystem ein die beiden Batteriepole elektrisch verbindendes Schaltmittel, welches dazu ausgebildet ist, beim Erkennen eines Störungssignals die Batterie kurzzuschließen, so dass das mindestens eine Sicherungsmittel auslöst. - Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul mit mindestens einer Batteriezelle vorgeschlagen, wobei das Batteriemodul so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad zwischen Polen der Batteriezelle bereitstellen kann. Erfindungsgemäß ist das Batteriemodul dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad so ausgelegt ist, dass durch die Bereitstellung des zweiten Strompfades ein Lichtbogen in einer Sicherung der mindestens einen Batteriezelle nach Auslösen der Sicherung verhindert oder beendet wird.
- Dies erhöht die Sicherheit vor Gefahren, die von einer Batteriezelle mit Sicherung ausgehen können, wenn sich nach Auslösen der Sicherung ein Lichtbogen bildet. Es ist nämlich theoretisch denkbar, dass es in Traktionsbatteriemodulen mit Batteriezellen mit integrierter Sicherung zur Lichtbogenbildung nach Auslösen der Sicherung kommen könnte.
- Dabei umfasst das Batteriemodul erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Erkennen eines Auslösens der Sicherung und zur Bereitstellung des Auslösesignals in Reaktion auf das Erkennen des Auslösens der mindestens einen Sicherung. Die Notwendigkeit zur Lichtbogenverhinderung ergibt sich speziell nach Auslösen der Sicherung.
- Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, das das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Prinzipschaltbild eines Traktionsbatteriemoduls nach dem Stand der Technik, -
2 ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik, -
3 ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik, und -
4 ein Prinzipschaltbild der Erfindung. - Ausführungsformen der Erfindung
- In
3 ist ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik gezeigt. Es zeigt ein Batteriemodul 5 mit zwei Polen 10 und 20, die über einen Strompfad 30 verbunden sind, auf dem Batteriezellen 15 mit Spannungsquellen 300 und Sicherungen 400 in Reihe angeordnet sind, so dass über die Pole 10, 20 des Moduls 5 eine durch die Zellen 15 zur Verfügung gestellte Spannung abgenommen werden kann. Weiterhin zeigt3 zu jeder Zelle einen zweiten, parallelen Strompfad 80, über den die Pole der jeweiligen Batteriezelle 15 verbunden werden können. Dabei kann jeder der zweiten Strompfade 80 durch Schließen eines Schalters 90 bereitgestellt werden. - Jeder der zweiten Strompfade 80 ist dabei niedrigohmig, also mit einem niedrigen elektrischen Widerstandswert, ausgebildet, der ein kontrolliertes Kurzschließen der jeweiligen Zelle 15 ermöglicht. Durch Schließen des zweiten Strompfades 80 wird in den zugeordneten Zellen 15 ein Strom erzeugt, der ein Auslösen der Sicherungen 400 und so die Unterbrechung des ersten Strompfades 30 bewirkt.
- Die durch Schließen des zweiten Strompfades 80 erzeugten Ströme sind jedoch nicht so hoch, dass hierdurch ein Lichtbogen in der ausgelösten Sicherung 400 entstehen kann.
- Das Batteriemodul 5 ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem System zum Erkennen von Kraftfahrzeuggefahrensituationen, z. B. einem Crash-Sensor, geeignet. Nach Erkennen einer Gefahrensituation, etwa eines Unfalls, sendet der Crash-Sensor ein Auslösesignal an das Batteriemanagementsystem, welches in Reaktion auf Empfang des Auslösesignals den zweiten Strompfad 80 schließt und so einen kontrollierten Kurzschluss der in der Batterie zusammengefassten Zellen bewirkt.
- In
4 ist ein Prinzipschaltbild der Erfindung gezeigt. Dieses unterscheidet sich von dem in3 gezeigten Prinzipschaltbild darin, dass das Auslösesignal, mit dem die Bereitstellung des jeweiligen zweiten Strompfades 80 bewirkt werden kann, von Vorrichtungen 96 zum Erkennen eines Auslösens der entsprechenden Sicherung 400 in Reaktion auf das Erkennen des Auslösens der entsprechenden Sicherungen 400 bereitgestellt wird. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst jede der Vorrichtungen 96 Senseleitungen zur Erfassung der Zellspannung der zugeordneten Batteriezelle 15. - Erkennt eine der Vorrichtungen 96, dass die Sicherungen 400 der zugeordneten Batteriezelle 15 ausgelöst wurden, so erzeugt sie das Auslösesignal, das das Schließen des Schalters 90 und damit das Bereitstellen des zweiten Strompfades 80 für diese Zelle bewirkt. Der zweite Strompfad 80 ist dabei niedrigohmig, also mit einem niedrigen elektrischen Widerstandswert, ausgebildet, so dass eine eventuell zwischen den Polen der Zelle 15 bestehende Spannungsdifferenz, die ohne den zweiten Strompfad 80 zur Bildung eines Lichtbogens in der geschmolzenen Sicherung 400 führen könnte, dann über den zweiten Strompfad 80 abgebaut und die Lichtbogenbildung somit verhindert oder beendet werden kann.
Claims (2)
- Batteriemodul (5) mit mindestens einer Batteriezelle (15), wobei das Batteriemodul (5) so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad (80) zwischen Polen (10,20) der Batteriezelle (15) bereitstellen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Batteriezelle (15) eine Sicherung (400) umfasst und der Strompfad (80) so ausgelegt ist, dass durch die Bereitstellung des Strompfades (80) ein Lichtbogen in einer Sicherung (400) der mindestens einen Batteriezelle (15) nach Auslösen der Sicherung (400) verhindert oder beendet wird, wobei das Batteriemodul (5) eine Vorrichtung (96) zum Erkennen eines Auslösens der Sicherung (400) und zur Bereitstellung des Auslösesignals in Reaktion auf das Erkennen des Auslösens der Sicherung (400) umfasst.
- Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (5) nach
Anspruch 1 .
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