DE102012211510A1

DE102012211510A1 - Sicherheitsstruktur für eine Hochspannungsbatterie eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102012211510A1
Application number: DE102012211510A
Authority: DE
Inventors: Do Kyoung Lim; Suk Hyung Kim; Jae Hoon Choi; Yoon Jun Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2013-06-06
Also published as: US20130136974A1; JP2013115038A; KR101294188B1; CN103137939A; KR20130060420A

Abstract

Es wird eine Sicherheitsstruktur für eine Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs offenbart. Die Sicherheitsstruktur enthält eine Mehrzahl Batteriemodule, die in Reihe geschaltet sind, wobei entgegengesetzte Pole nebeneinander liegen, und eine Mehrzahl Sammelschienen, die Anschlüsse mit entgegengesetzten Polen benachbarter Batteriemodule der Batteriemodule miteinander elektrisch verbinden. Ferner ist ein schmelzbarer Abschnitt mit einem lokal hohen elektrischen Widerstandswert integral in jeder Sammelschiene selbst ausgebildet.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs und insbesondere eine Technologie, die dazu ausgelegt ist, die Sicherheit des Fahrzeugs gegen Hochstrom zu gewährleisten, der von der Hochspannungsbatterie aufgrund eines internen Kurzschlusses oder einer Beschädigung des Fahrzeugs erzeugt wird.
(b) Hintergrundtechnik
Hochspannungsbatterien sind typischerweise in Fahrzeugen eingebaut, die Elektrizität als mindestens eine Hauptantriebskraft des Fahrzeugs nutzen, wie Hybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Elektrofahrzeuge etc. Eine Mehrzahl Batteriezellen dieser Hochspannungsbatterien ist typischerweise in Reihe geschaltet, um ein Batteriemodul zu bilden, und eine Mehrzahl Batteriemodule ist typischerweise miteinander verbunden, um einen Batteriesatz zu bilden. Aus diesem Grund werden Hochspannungsbatterien allgemein als ein einziger Batteriesatz und nicht als Einzelkomponenten eingebaut.
Da Hochspannungsbatterien sehr große Energiemengen speichern, fließt bei einem Fahrzeugunfall oder einem internen Kurzschluss in der Hochspannungsbatterie sofort ein sehr hoher Strom durch sie hindurch und als Ergebnis können verschiedene gefährliche Situationen wie ein elektrischer Schlag oder ein Brand auftreten. Deshalb sind Gegenmaßnahmen erforderlich, um für derartige Situationen gerüstet zu sein.
Im Stand der Technik wird als eine der Gegenmaßnahmen, um diesen gefährlichen Situationen zu begegnen, ein in 1 dargestellter Schutzkontaktstecker verwendet. Bei dieser Konfiguration wird eine hohe Spannung erzeugt, indem eine Mehrzahl Batteriemodule 500, die eine Mehrzahl Batteriezellen enthalten, durch Sammelschienen 502 in Reihe geschaltet werden. Wenn im Batteriesatz 506 eine Situation mit abnormem Stromfluss auftritt, unterbrechen Schutzkontaktstecker 504, die als Schmelzsicherungen dienen, den Stromfluss im Stromkreis.
Diese Gegenmaßnahme ist jedoch nur bei großen Batteriesätzen 506 wie in 1 dargestellt wirksam. Diese Gegenmaßnahme ist kein geeignetes Mittel gegen einen Kurzschluss oder einen Hochstromfluss, der in einem individuellen Batteriemodul 500 oder in einigen Batteriemodulen 500 auftritt. Deshalb ist ein Gerät erforderlich, das auch einen Kurzschluss in den einzelnen Batteriemodulen 500 verhindern kann.
Die unter 'Hintergrundtechnik' beschriebenen Gegebenheiten dienen nur zur Vertiefung des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung, sollten aber nicht dahingehend verstanden werden, dass sie der verwandten Technik entsprechen, die dem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung ist in dem Bestreben erarbeitet worden, eine Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs bereitzustellen, die so konfiguriert ist, dass sie die Sicherheit der Hochspannungsbatterie weiter verbessert, indem ein Hochstromfluss unterbrochen wird, wenn in einem Abschnitt der Batterie, der Bestandteil der Hochspannungsbatterie ist, aufgrund eines internen Kurzschlusses oder einer Beschädigung des Fahrzeugs ein hoher Strom jedes Batteriemoduls erzeugt wird, den ein Schutzkontaktstecker nicht unterbrechen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs bereit, die enthält: eine Mehrzahl Batteriemodule, die in Reihe geschaltet sind, wobei entgegengesetzte Pole nebeneinander liegen; und eine Mehrzahl Sammelschienen, die zur elektrischen Verbindung von Anschlüssen mit entgegengesetzten Polen benachbarter Batteriemodule der Batteriemodule miteinander installiert sind, sowie einen schmelzbaren Abschnitt mit einem lokal hohen elektrischen Widerstandswert, der integral in der Sammelschiene selbst ausgebildet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen nur beispielhaft dargestellt sind, nachstehend ausführlich beschrieben und schränken somit die vorliegende Erfindung nicht ein; es zeigen:
1 ein Diagramm einer Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Diagramm einer Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 bis 6 Diagramme, die Beispiele von Sammelschienen zeigen, die bei der Sicherheitsstruktur der Hochspannungsbatterie des Fahrzeugs verwendet werden, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind.
In den Figuren kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in allen verschiedenen Figuren der Zeichnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugtechnisch” oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicle; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Wie aus 2 ersichtlich ist, enthält eine Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl Batteriemodule 1, die in Reihe geschaltet sind, wobei die verschiedenen/entgegengesetzten Pole nebeneinander liegen; und eine Mehrzahl Sammelschienen 3 zum elektrischen Verbinden von Anschlüssen mit verschiedenen/entgegegengesetzten Polen benachbarter Batteriemodule 1 der Batteriemodule 1 miteinander sowie einen schmelzbaren Abschnitt 5 mit einem lokal hohen elektrischen Widerstandswert, der integral in der Sammelschiene 3 selbst ausgebildet ist.
Das heißt, der schmelzbarer Abschnitt 5 mit einem lokal hohen elektrischen Widerstandswert ist integral in der Sammelschiene 3 selbst vorgesehen, die die Batteriemodule 1 elektrisch miteinander verbindet, und wenn ein Strom mit einem höheren als einem vorgegebenen Wert aufgrund eines internen Kurzschlusses des Batteriemoduls 1 oder einer Beschädigung des Fahrzeugs durch die Batteriemodule 1 fließt, schmilzt deshalb der schmelzbarer Abschnitt 5 mit einem elektrischen Widerstandswert, der im Vergleich zu seiner Umgebung relativ hoch ist, während er Wärme abgibt, um den Hochstrom kurzzuschliessen oder zu unterbrechen. Demzufolge wird bei Einsatz der Sicherheitsstruktur der Hochspannungsbatterie eine Sicherheitsmaßnahme gegen Hochstrom in jeder Batteriemoduleinheit implementiert, wodurch die Sicherheit des mit diesen Typen Hochspannungsbatterien ausgerüsteten Fahrzeugs weiter verbessert wird.
In dem Ausführungsbeispiel hat der schmelzbare Abschnitt 5 der Sammelschiene 3 eine Form, bei der der Querschnitt, den der Strom durchfließen kann, zwischen beiden Teilen der Sammelschiene 3, die mit den Anschlüssen des Batteriemoduls 1 gekoppelt sind, kleiner wird. Da der Widerstand eines Drahtes, durch den der Strom fließt, in umgekehrtem Verhältnis zum Querschnitt steht, wird der elektrische Widerstand durch eine lokale Verringerung des Querschnitts der Sammelschiene 3 deutlich höher und deshalb dient der Teil, in dem der Querschnitt verringert ist, als der schmelzbare Abschnitt 5. Im schmelzbaren Abschnitt 5 kann ein Teil der Sammelschiene 3 aus metallischem Material bestehen, das durch den elektrischen Widerstand relativ leicht schmilzt.
Im Batteriemodul 1 ragt ein Anschlussvorsprung 7, der die Sammelschiene 3 durchdringt und aus einem Material mit einem vorgegebenen Leitfähigkeitsgrad besteht, integral zu der mit der Sammelschiene 3 gekoppelten Oberfläche. Ferner ist ein plattenförmiges Anschlussblech 9 vorgesehen, das um den Anschlussvorsprung 7 herum angeordnet ist, wobei es elektrisch mit den Batteriezellen im Batteriemodul 1 verbunden ist, sowie eine Anschlusskopplungsbohrung 11, durch die der Anschlussvorsprung 7 eingeführt ist, in der Sammelschiene 3, ausgebildet. Deshalb ist die Sammelschiene 3 mit dem Anschlussblech 9 und dem Anschlussvorsprung 7, der in die Anschlusskopplungsbohrung 11 eingeführt ist, überlappend gekoppelt und der Kopplungszustand kann mit einer Befestigungsmutter 13 gesichert sein.
Außerdem hat die Sammelschiene 3 eine langgestreckte Rechteckform und verbindet Anschlüsse zweier benachbarter Batteriemodule 1, und der schmelzbare Abschnitt 5 der Sammelschiene 3 ist zwischen den beiden Anschlusskopplungsbohrungen 11 der Sammelschiene 3 ausgebildet. Die Form des schmelzbaren Abschnitts 5 kann unterschiedlich gewählt werden, aber der schmelzbare Abschnitt 5 kann eine einfache Form haben wie in den 3 und 4 dargestellt.
In 3 ist der schmelzbare Abschnitt 5 der Sammelschiene 3 in Form eines Rechtecks ausgebildet, wobei an jeder Seite des Rechtecks in der Mitte zwei dreieckige Abschnitte ausgeschnitten sind. Gemäß 4 hat der schmelzbare Abschnitt 5 der Sammelschiene 3 eine Form, bei der der rechteckige Abschnitt oben und unten im mittleren Abschnitt des Rechtecks an beiden Seiten ausgeschnitten ist, und in 5 hat der schmelzbare Abschnitt 5 der Sammelschiene 3 eine Form, bei der ein Halbkreis oben und unten in der Mitte des Rechtecks an beiden Seiten ausgeschnitten ist. Bei der in 6 dargestellten Sammelschiene 3 hat der schmelzbare Abschnitt 5 eine Form, in der Kreisformen in die Mitte des Rechtecks gebohrt sind.
Alle Beispiele der 3 bis 6 haben eine Struktur, bei der der Querschnitt verringert ist, so dass der elektrische Widerstand in der Sammelschiene 3 lokal ansteigt. Der schmelzbare Abschnitt 5 kann mit verschiedenen anderen Formen ausgeführt sein. Selbst wenn die Sammelschiene 3 zwischen den Batteriemodulen 1 angebracht ist, kann die Sicherheit der Hochspannungsbatterie weiter verbessert werden, indem der Schutzkontaktstecker gemäß dem Stand der Technik zusammen mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Sicherheit der Hochspannungsbatterie weiter verbessert werden, indem der Hochstromfluss unterbrochen wird, wenn in einem Teil ein Hochstromfluss erzeugt wird, den der Schutzkontaktstecker bei einem internen Kurzschluss jedes der die Hochspannungsbatterie bildenden Batteriemodule oder einer Beschädigung des Fahrzeugs nicht unterbrechen kann.
Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen präsentiert wird, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll. Die Erfindung soll vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abdecken, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, erfasst sind.

Claims

Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs, mit: einer Mehrzahl Batteriemodule, die in Reihe geschaltet sind, wobei entgegengesetzte Pole nebeneinander liegen; und einer Mehrzahl Sammelschienen, die zur elektrischen Verbindung von Anschlüssen mit entgegengesetzten Polen benachbarter Batteriemodule der Batteriemodule miteinander installiert sind, wobei ein schmelzbarer Abschnitt mit einem lokal hohen elektrischen Widerstandswert integral in jeder Sammelschiene selbst ausgebildet ist.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei der schmelzbare Abschnitt der Sammelschiene eine Form hat, bei der der Querschnitt, durch den der Strom fließt, zwischen beiden Teilen der Sammelschiene, die mit den Anschlüssen des Batteriemoduls gekoppelt sind, verringert ist.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 2, wobei: im Batteriemodul ein Anschlussvorsprung, der herausragt und die Sammelschiene durchdringt und aus einem Material mit einem vorgegebenen Leitfähigkeitsgrad besteht, integral zu der mit der Sammelschiene gekoppelten Oberfläche und einem plattenförmige Anschlussblech ragt, das um den Anschlussvorsprung herum angeordnet ist, wobei es elektrisch mit den Batteriezellen in der Batterie verbunden ist, wobei eine Anschlusskopplungsbohrung, durch die der Anschlussvorsprung eingeführt ist, in der Sammelschiene ausgebildet ist, und die Sammelschiene überlappend angeordnet ist und das Anschlussblech mit dem Anschlussvorsprung, der durch die Anschlusskopplungsbohrung eingeführt ist, koppelt.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 3, wobei the schmelzbarer Abschnitt der Sammelschiene zwischen beiden Anschlusskopplungsbohrungen der Sammelschiene ausgebildet ist.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei: die Sammelschiene eine langgestreckte Rechteckform hat und Anschlüsse zweier benachbarter Batteriemodule verbindet, und schmelzbare Abschnitt eine Form hat, bei der oben und unten im mittleren Abschnitt des Rechtecks ein dreieckiger Abschnitt ausgeschnitten ist
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei: die Sammelschiene eine langgestreckte Rechteckform hat und Anschlüsse zweier benachbarter Batteriemodule verbindet, und der schmelzbare Abschnitt eine Form hat, bei der oben und unten im mittleren Abschnitt des Rechtecks ein rechteckiger Abschnitt ausgeschnitten ist.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei: die Sammelschiene eine langgestreckte Rechteckform hat und Anschlüsse zweier benachbarter Batteriemodule verbindet, und der schmelzbare Abschnitt eine Form hat, bei der oben und unten im mittleren Abschnitt des Rechtecks ein halbkreisförmiger Abschnitt ausgeschnitten ist.
Sicherheitsstruktur einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei: die Sammelschiene eine langgestreckte Rechteckform hat und Anschlüsse zweier benachbarter Batteriemodule verbindet, und der schmelzbare Abschnitt eine Form hat, bei der Kreisformen in die Mitte des Rechtecks gebohrt sind.