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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem elektrischen Leiter und einem Stromindikator zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes durch den elektrischen Leiter. Die Erfindung betrifft zudem ein Batteriesystem mit einer derartigen Anordnung und ein Fahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem sowie ein Verfahren zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes unter Verwendung einer derartigen Anordnung.
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Das Konzept der Elektromobilität gewinnt vermehrt an Bedeutung und ist insbesondere auf dem Gebiet der Batteriesysteme stetigen Weiterentwicklungen unterworfen. So wird die elektrische Energie zum Antreiben von Fahrzeugen, etwa Elektro- oder Hybridfahrzeugen, von Batteriesystemen bereitgestellt, die eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen umfassen. Gerade bei der Verwendung derartiger Batteriesysteme in Fahrzeugen werden hohe Anforderungen an die Sicherheit gestellt. Beispielsweise verfügen Batteriesysteme über Stromsensoren, die die auftretenden Lade- und Entladeströme messen können, und über Schutzschaltungsvorrichtungen, die bei Detektieren eines Kurzschlusses eine Verbindung zu einem Fahrzeugnetz unterbrechen.
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Aus
DE 101 03 398 A1 ist ein Strommesser bekannt, der die elektrische Stromstärke eines stromdurchflossenen Leiters misst. Dazu ist ein biegsames Sensormittel vorgesehen, das entlang des Umfangs des Leiters angeordnet ist und einen geschlossenen Kreis darstellt. Zur Messung der Ströme erfolgt eine Bewertung von Magnetfeldern. Weiterhin ist das Sensormittel als magnetoresistive Schicht um den zylindrischen Leiter ausgeführt.
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EP 2 194 600 B1 beschreibt eine integrierte Schutzschaltungsvorrichtung für wiederaufladbare Batterien, die eine Kurzschlussdetektionseinrichtung umfasst. Dazu wandelt die Kurzschlussdetektionseinrichtung den elektrischen Entladestrom in einen Spannungswert um, der mit einem festgelegten Spannungswert verglichen wird, und über einen gleichen oder größeren Spannungswert des Entladestroms einen Kurzschluss detektiert. Zur Unterbrechung des Entladevorgangs der Batterie wird ein Entladungssteuerungsanschluss betätigt.
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DE 197 04 941 A1 beschreibt eine mechanische Vorrichtung zum Erfassen von Kurzschlussströmen, wobei ein Bimetallelement in thermischer Wirkverbindung mit einer Anschlussstromschiene eines Schaltgerätes steht. Durch die hitzebedingte Verformung des Bimetalls in Folge eines Kurzschlusses wird ein streifenförmig ausgebildetes Anzeigeelement betätigt.
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In Batteriesystemen ist die Detektion von elektrischen Strömen und insbesondere Kurzschlussströmen besonders kritisch. So ist zum einen sicherzustellen, dass der Stromkreis möglichst schnell unterbrochen wird. Dazu werden Sicherungselemente zwischen verschalteten Batteriezellen sowie eine Schaltschütze an den Hauptanschlüssen der Batterie eingesetzt. Durch diese Bauweise werden die Schaltschütze oder die Batteriezellen, je höher der Kurzschlussstrom in einem Fehlerfall war, unterschiedlich stark geschädigt und müssen bei Kurzschlussströmen von mehr als einigen kA ausgewechselt werden. Die Stromstärke des Kurzschlussstromes kann im Nachhinein jedoch nicht mehr festgestellt werden. Daher ist beispielsweise die Schaltschütze nach jedem Fehlerfall vorsorglich zu wechseln.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Anordnung mit einem elektrischen Leiter und einem Stromindikator zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes durch den elektrischen Leiter vorgeschlagen, wobei der Stromindikator ein magnetisierbares Material aufweist, das die Stromstärke des Kurzschlussstromes erfasst, und wobei der Stromindikator und der elektrische Leiter derart zueinander angeordnet sind, dass ein magnetisches Feld des elektrischen Leiters den Stromindikator zumindest teilweise in radialer Richtung zu einer Längsachse des elektrischen Leiters magnetisiert.
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Weiter erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit der Anordnung zum Messen der Stromstärke des Kurzschlussstromes durch den elektrischen Leiter vorgeschlagen. Im Batteriesystem können dabei elektrische Leiter vorgesehen sein, die mit dem Stromindikator ausgerüstet sind. Das Batteriesystem kann weiterhin eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, etwa Lithium-Ionen-Batteriezellen, umfassen, die mit weiteren Komponenten, insbesondere einem Verbraucher, wie einem Elektromotor eines Fahrzeuges, verbindbar ist.
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Weiter erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug ausgerüstet mit dem Batteriesystem vorgeschlagen. Insbesondere kann das Batteriesystem mit einem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden sein.
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Die Erfindung ermöglicht es, mit sehr einfachen Mitteln die Stromstärke eines Kurzschlussstroms in einem Batteriesystem eines Fahrzeuges zu erfassen. So sind übliche in Batteriesystemen vorgesehene Stromsensoren derart ausgelegt, dass Ströme im Bereich von 100 bis 800 A während eines Fahrbetriebs gemessen werden können. Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Anordnung können auch höhere Ströme von mehr als 800 A und insbesondere von mehr als 1 kA erfasst werden. Zusätzlich kann der Maximalwert des Kurzschlussstromes gespeichert werden und damit eine Entscheidungsgrundlage bereitstellen, die es erlaubt, Rückschlüsse auf die Beschädigungen weiterer Komponenten des Batteriesystems zu ziehen. Dadurch können auch nach Auftreten eines Kurzschlusses noch gesicherte Aussagen darüber gemacht werden, wie stark der Fehlerfall das Batteriesystem und dessen Komponenten beeinflusst hat.
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Erfindungsgemäß weist der Stromindikator im Fall eines Kurzschlusses eine zu einer Längsachse des elektrischen Leiters radiale Magnetisierung auf, die von der Stromstärke des Kurzschlussstromes im elektrischen Leiter abhängt. Damit kann der Stromindikator magnetische Felder detektieren und über die radiale Magnetisierung die Stromstärke erfassen. Das Messen der Stromstärke beruht also auf dem Prinzip eines stromdurchflossenen Leiters, um den sich in Abhängigkeit von der Stromstärke ein magnetisches Feld ausbildet, dessen Feldstärke invers proportional zum radialen Abstand vom elektrischen Leiter abnimmt.
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Ein Kurzschlussstrom bezeichnet hierbei einen Strom, der eine Stromstärke von mehr als 800 A, bevorzugt mehr als 1 kA und besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 kA, beispielsweise zwischen 2 und 4 kA, aufweist. Die Stromstärke des Kurzschlussstromes hängt dabei typischerweise von mehreren Faktoren ab. Solche Faktoren umfassen beispielsweise die Ausgestaltung der Batteriezellen, etwa als Lithium-Ionen-Batteriezellen, oder die Ausgestaltung von Komponenten, die im elektrischen Stromkreis mit den Batteriezellen verbunden sind, etwa von Sicherungselementen, Leitern oder Schaltelementen.
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Der Stromindikator bezeichnet bevorzugt ein Element, das die maximale Stromstärke des in dem elektrischen Leiter des Batteriesystems geflossenen Kurzschlussstromes erfasst. Weiter bevorzugt ist der Stromindikator ausgebildet, die maximale Stromstärke des Kurzschlussstromes zu speichern. Dazu kann der Stromindikator ein Material aufweisen, das im Falle einer Magnetisierung diese auch beibehält.
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In einer Ausführungsform weist der Stromindikator ein ferromagnetisches und/oder ein ferrimagnetisches Material auf. Bevorzugt weist der Stromindikator ein weichmagnetisches Material auf. Geeignete Materialien sind zum Beispiel Eisenoxid, Kobalt, Kobaltlegierungen, wie eine Kobalt-Nickel-Legierung oder eine Kobalt-Eisen-Legierung, Chromlegierungen, Eisenlegierungen, wie eine Silizium-Eisen-Legierung, Weichferrite, wie eine Nickel-Zink-Legierung oder eine Mangan-Zink-Legierung, oder Mischungen hieraus. Besonders geeignet sind Eisenoxid, wie Magnetit (Eisen(II, III)-Oxid), Kobalt, Kobalt-Nickel-Legierungen, Nickel-Zink-Legierungen, Mangan-Zink-Legierungen oder Chromlegierungen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Stromindikator stabförmig oder zylindrisch ausgestaltet. Dabei kann der Stromindikator derart angeordnet sein, dass seine Längsachse radial zu der Längsachse des elektrischen Leiters ausgerichtet ist. Hierbei bezeichnet radial zu der Längsachse des elektrischen Leiters jede Achse, die senkrecht zu der Längsachse des elektrischen Leiters ausgerichtet ist. Der elektrische Leiter kann als Leiterkabel mit unterschiedlichen Querschnittsformen, etwa rund, elliptisch oder allgemein eckig, ausgestaltet sein. Weiterhin kann der elektrische Leiter als Stromschiene, beispielsweise als Kupferschiene, ausgestaltet sein.
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Weiterhin kann die radiale Magnetisierung des Stromindikators die maximale Stromstärke anzeigen. So verhält sich die radiale Magnetisierung proportional zur Stromstärke über den Abstand vom elektrischen Leiter. Fließt ein geringer Strom im Bereich von weniger als 500 A im elektrischen Leiter, wird der Stromindikator in radialer Richtung bis zu einem geringen Abstand vom elektrischen Leiter mit einer geringeren Magnetfeldstärke magnetisiert. Fließt ein Strom mit mehr als 500 A, bevorzugt mit mehr als 1 kA, im elektrischen Leiter, so wird der Stromindikator in radialer Richtung bis zu einem größeren Abstand mit einer größeren Magnetfeldstärke als bei 500 A magnetisiert. Die radiale Magnetisierung des Stromindikators ist damit ein Maß für die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter geflossenen Stromes. Insbesondere bei der Verwendung von ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Materialien bleibt diese Magnetisierung erhalten, wodurch der Stromindikator die maximale Stromstärke des im Leiter geflossenen Stromes speichert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Stromindikator radial in einem Abstand zu der Längsachse des elektrischen Leiters angeordnet, der an eine maximal zu erfassende Stromstärke und damit an die entsprechende radiale Magnetisierung angepasst ist. Weiterhin kann der Stromindikator eine Länge aufweisen, die an die maximal zu erfassende Stromstärke und damit an die entsprechende radiale Magnetisierung angepasst ist. In Batteriesystemen liegen Kurzschlussströme beispielweise im Bereich von 1 bis 10 kA. So können der Abstand zum elektrischen Leiter und die Länge des Stromindikators derart gewählt werden, dass der Stromindikator entsprechende radiale Magnetisierungen erfassen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Stromindikator in Bezug auf die radiale Magnetisierung und die Stromstärke des Kurzschlussstromes kalibriert. Die Kalibrierung kann beispielweise erfolgen, indem in einer Referenzmessung für vorgegebene Stromstärken des Stromes im elektrischen Leiter die radiale Magnetisierung des Stromindikators gemessen wird. Beispielsweise kann der Stromindikator in Segmente mit unterschiedlichem radialem Abstand vom elektrischen Leiter unterteilt werden. Die Magnetisierung des Stromindikators kann für die Segmente ausgelesen werden und die ausgelesenen Werte für die Magnetisierung einer Stromstärke zugeordnet werden. So kann eine Tabelle (Look-Up-Table) erzeugt werden, aus der die Stromstärke bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können Schwellwerte für die Magnetisierung festgelegt werden, anhand derer die Stromstärke bestimmt werden kann.
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Zum Schutz des Batteriesystems bei Kurzschlüssen kann im Batteriesystem weiterhin eine Schutzeinrichtung mit mindestens einem Sicherungselement vorgesehen sein. In einer Variante kann das Sicherungselement eine Schmelzsicherung umfassen. Derartige Schmelzsicherungen können über ein Schmelzelement verfügen, das eine kleine thermische Masse hat. Das bedeutet, dass das Schmelzelement bei Strömen im kA-Bereich bereits nach wenigen Millisekunden schmilzt und damit die elektrische Verbindung unterbricht. Bei Strömen im Bereich von einigen 100 A bis 1 kA kann das Schmelzelement eine Sekunde und mehr benötigen, um den Stromkreis endgültig zu unterbrechen. Durch die kleine thermische Masse des Schmelzelements können Ströme im Bereich von einigen kA schneller unterbrochen werden, als im Bereich von einigen 100 A bis 1 kA. Bei Strömen im kA-Bereich kann die Unterbrechung erfolgen, ohne dass sich andere Batteriekomponenten, wie zum Beispiel Stromschienen, erwärmen. Dagegen kann ein Teil der Wärme bei Strömen im Bereich von einigen 100 A bis 1 kA über die Komponenten der Batterie, wie die Stromschienen, abgeleitet werden. Dementsprechend kann sich die Wärmeenergie erhöhen, die zum Schmelzen der Schmelzsicherung eingebracht werden muss und damit auch der Strom, der ein Schmelzen zur Folge hat.
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In einer weiteren Variante umfasst das Batteriesystem daher zusätzlich mindestens ein weiteres Sicherungselement, das als Schaltschütze zum Trennen der Batterie von einem Fahrzeugnetz ausgestaltet ist. Dabei bezeichnet eine Schaltschütze einen elektromagnetisch betriebenen Schalter, der zwei Trennpunkte aufweist. Zusätzlich kann in der Schaltschütze ein Löschmagnet angeordnet sein, der bei Gleichstromanwendungen mit begrenztem Bauraum einen Lichtbogen trennt.
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Weiter erfindungsgemäß wird die Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung in einem Verfahren zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes vorgeschlagen.
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In einer Implementierung werden bei Vorliegen eines Kurzschlusses Sicherungselemente aktiviert, die einen Batteriestromkreis unterbrechen. Hierzu eigenen sich insbesondere Schmelzsicherungen oder Schaltschützen. In einer weiteren Implementierung kann ein Auswerten des Stromindikators beim Auswechseln von Sicherungselementen erfolgen. Beispielsweise kann der Stromindikator zusammen mit aktivierten Sicherungselementen, insbesondere Schmelzsicherungen, nach Vorliegen eines Kurzschlusses ausgebaut werden.
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In einer weiteren Implementierung wird der Stromindikator ausgewertet, indem die radiale Magnetisierung erfasst wird. Die Auswertung kann mit Hilfe eines Leseelements, wie einer Hallsonde oder eines Lesekopfes basierend auf einem Magnetowiderstand (Magnetic Resistance, MR) oder einem Riesenmagnetowiderstand (Giant Magnetoresistance, GMR), erfolgen. Insbesondere wird das Leseelement entlang des Stromindikators bewegt, und der Verlauf der detektierten Magnetisierung entlang des radialen Abstands vom elektrischen Leiter bestimmt. Der Abstand und die radiale Magnetisierung kennzeichnen die maximale Stromstärke des Kurzschlussstromes.
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Anhand der maximalen Stromstärke des Kurzschlussstromes kann die Funktionstauglichkeit von Komponenten des Batteriesystems ermittelt werden. So können durch den Kurzschluss insbesondere Schaltschützen oder Batteriezellen in Mitleidenschaft gezogen worden sein. Die Beurteilung derartiger Komponenten kann durch Vergleichen der maximalen Stromstärke des Kurzschlussstromes mit einer maximal für die entsprechende Komponente zugelassenen Stromstärke erfolgen. Ist die maximale Stromstärke des im Leiter geflossenen Stromes größer als die maximal für die entsprechende Komponente zugelassene Stromstärke oder gleich der maximal für die entsprechende Komponente zugelassenen Stromstärke, dann ist die Komponente nicht mehr funktionstauglich und ist auszutauschen. Im umgekehrten Fall ist die Komponente funktionstauglich und kann erhalten bleiben.
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Vorteile der Erfindung
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Insgesamt stellt die vorgeschlagene Anordnung eine kostengünstige und einfache Möglichkeit bereit, um Kurzschlussströme in Batteriesystemen zu erfassen und die Höhe der Stromstärke zu speichern. Dies ermöglicht es, eine gesicherte Aussage darüber zu treffen, ob Komponenten in Mitleidenschaft gezogen wurden und inwiefern sie ausgetauscht werden müssen. Daraus ergeben sich erhebliche Kostenersparnisse, da nicht nach jedem Kurzschluss vorsorglich Komponenten, wie die Schaltschütze des Batteriesystems, ausgetauscht werden müssen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer Anordnung zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes mit einem elektrischen Leiter und einem Stromindikator,
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2 ein Batteriesystem mit der Anordnung gemäß 1 und
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3 einen Ablauf eines Verfahrens zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes unter Verwendung der Anordnung gemäß 1 in Form eines Flussdiagramms.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Anordnung 10 mit einem elektrischen Leiter 12 und einen Stromindikator 14 zum Messen einer Stromstärke eines Kurzschlussstromes durch den elektrischen Leiter 12.
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Die Anordnung 10 umfasst einen solchen elektrischen Leiter 12 in Form eines Hochstromkabels mit rundem Querschnitt 16. Durch den elektrischen Leiter 12 fließt ein Strom, der in der Darstellung der 1 angedeutet durch das Kreuz 11 in die Bildebene hineinfließt. Durch die bewegte Ladung im elektrischen Leiter 12 bildet sich ein Magnetfeld um den elektrischen Leiter 12. Das Magnetfeld ist in 1 anhand von Magnetfeldlinien 18 illustriert. Dabei ist die Feldstärke entlang einer kreisförmigen Feldlinie 18 um den elektrischen Leiter 12 konstant.
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Durch den Stromfluss im elektrischen Leiter 12 wird außerhalb des elektrischen Leiters 12 ein Magnetfeld induziert, dessen Feldstärke von der Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 fließenden Stromes und dem Abstand r zum elektrischen Leiter 12 abhängt. Der Stromindikator 14 umfasst ein magnetisierbares Material, wie ein ferromagnetisches oder ein ferrimagnetisches und insbesondere ein weichmagnetisches Material. Beispielsweise ist der Stromindikator 14 aus einem Eisenoxid gefertigt. Weiterhin ist der Stromindikator 14 stabförmig mit der Länge L ausgestaltet und radial in einem Abstand ΔD zum elektrischen Leiter 12 angeordnet. Abhängig von der magnetischen Feldstärke außerhalb des elektrischen Leiters 12 wird der Stromindikator 14 somit in radialer Richtung magnetisiert, wobei die magnetische Feldstärke wiederum von der Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 fließenden Stromes und dem Abstand r zum elektrischen Leiter 12 abhängt.
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Das durch den elektrischen Leiter 12 erzeugte Magnetfeld magnetisiert damit den Stromindikator 14 radial mit einer radialen Magnetisierung im Abstand r. Der Abstand r der radialen Magnetisierung ergibt sich dabei aus der Summe des Radius D des elektrischen Leiters 12, dem Abstand ΔD des Stromindikators 14 zum elektrischen Leiter 12 und dem radialen Abstand ΔR der Magnetisierung des Stromindikators 14 im Abstand r. Mit Hilfe einer Kalibrierung, die der radialen Magnetisierung im Abstand r eine Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 fließenden Stromes zuweist, kann aus der radialen Magnetisierung des Stromindikators 14 im Abstand r die Stromstärke im elektrischen Leiter 12 ermittelt werden. Somit zeigt der Stromindikator 14 die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes an.
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Der Stromindikator 14 liefert keine Momentanaufnahmen der Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 fließenden Stromes, sondern vielmehr die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes, anhand dessen zumindest die Größenordnung eines Kurzschlussstromes von mehr als 1 kA angegeben werden kann. Die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes entspricht dabei im Fall eines Kurzschlusses der maximalen Stromstärke des Kurzschlussstromes. Somit kann nach einem Fehlerfall, der zu einem Kurzschluss geführt hat, der aufgetretene Überstrom ausgewertet werden. Insbesondere kann festgestellt werden, ob der Kurzschlussstrom einen Strom überstiegen hat, der neben zum Beispiel Sicherungselementen 26, 28 andere Komponenten eines Batteriesystems 20 mit Batteriezellen 22, wie in 2 gezeigt, in Mitleidenschaft gezogen hat. Anhand dieser Information, kann damit zuverlässig und sicher entschieden werden, welche Komponenten ersetzt werden müssen. So kann die Reparatur nach einem Fehlerfall effizient und kostengünstig durchgeführt werden.
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2 zeigt beispielhaft ein Batteriesystem 20 mit Sicherungselementen 26, 28 und Anordnungen 10 gemäß 1.
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Das Batteriesystem 20 ist in 2 schematisch anhand eines Schaltbildes des Hochvoltstromkreises (HV) für Batteriezellen 22 dargestellt. Dabei sind mehrere Batteriezellen 22 in Reihe geschaltet und bilden zum Beispiel ein Batteriemodul 24.
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Zum Unterbrechen des Stromkreises bei einem Kurzschluss im Batteriesystem 20 sind Sicherungselemente 26, 28 vorgesehen. Eines der gezeigten Sicherungselemente 26, 28 ist zwischen wenigstens einem Paar von Batteriezellen 22 verschaltet und ist als Schmelzsicherung 26 ausgestaltet. Die Schmelzsicherung 26 weist dabei eine kleine thermische Masse auf. Das heißt bei hohen Strömen, zum Beispiel bei 6 kA, löst die Schmelzsicherung 26 bereits nach wenigen Millisekunden aus. Bei niedrigeren Strömen dagegen, zum Beispiel bei 500 A, kann die Schmelzsicherung 26 bis zu einer Sekunde benötigen, um auszulösen. Durch die kleine thermische Masse der Schmelzsicherung 26 werden hohe Kurzschlussströme sehr schnell unterbrochen, ohne dass sich andere Batteriekomponenten, wie zum Beispiel Stromschienen oder Hochstromkabel, erwärmen. Bei niedrigeren Kurzschlussströmen wird ein Teil der Wärme aus der Schmelzsicherung 26 über andere Batteriekomponenten abgeleitet. Somit muss durch einen höheren Strom mehr Wärmeenergie zum Schmelzen der Schmelzelemente eingebracht werden. Zusätzlich umfasst das Batteriesystem 20 eine Schaltschütze 28, die als elektromechanischer Schalter betrieben wird. Reagiert die Schmelzsicherung 26 nicht schnell genug, wird die Verbindung zu einem Fahrzeugnetz durch die Schaltschütze 28 unterbrochen.
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Üblicherweise umfassen Batteriesysteme 20 Strommesseinrichtungen (nicht dargestellt), wie Hall-Stromsensoren, Shunt-Sensoren oder dergleichen, die das Vorliegen eines Kurzschlussstroms detektieren können, jedoch die Stromstärken nicht messen können. Somit wird die Stromstärke des Kurzschlussstromes, beispielsweise eine Stromstärke von mehr als 1kA oder von mehr als 2kA, die bis zum Auslösen der Sicherungselemente 26, 28 fließt, nicht oder nur während der Anstiegsphase des Kurzschlussstroms erkannt. Die Stromstärke des Kurzschlussstromes ist jedoch unbekannt.
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Um auch derart hohe Ströme, wie Kurzschlussströme im Bereich von einigen kA messen zu können, umfasst das Batteriesystem 20 Anordnungen 10 zum Messen der Stromstärke mit dem Stromindikator 13, 14, 15. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei Stromindikatoren 13, 14, 15 in unterschiedlichen Positionen des Batteriesystems 20 angeordnet. Die Stromindikatoren 13, 14, 15 sind aus einem magnetisierbaren Material gefertigt und, wie auch in 1 gezeigt, radial zu einer Längsachse des elektrischen Leiters 12 des Batteriesystems 20 angeordnet. Der erste Stromindikator 13, 14 ist radial zu der Längsachse des elektrischen Leiters 12 angeordnet, der der Schaltschütze 28 nachgeschaltet ist. Der zweite Stromindikator 14, 15 ist radial zu der Längsachse des elektrischen Leiters 12 angeordnet, der einer der Batteriezellen 22 vorgeschaltet ist. Die Stromindikatoren 13, 14, 15 messen damit die Stromstärke des durch den elektrischen Leiter 12 fließenden Stromes in unmittelbarer Nähe der Schaltschütze 28 und der Batteriezellen 22. So können die Stromindikatoren 13, 14, 15 im Falle eines Kurzschlusses dazu dienen, die Stromstärke des geflossenen Kurzschlussstromes im Bereich der Schaltschütze 28 und im Bereich der Batteriezellen 22 zu ermitteln.
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Die Stromstärke des Kurzschlussstromes wird durch Auswertung der Stromindikatoren 13, 14, 15 ermittelt. Nachdem die Schmelzsicherung 26 wegen eines Kurzschlusses ausgelöst hat, muss diese gewechselt werden. Während eines Werkstattaufenthalts können somit die Stromindikatoren 13, 14, 15 ebenfalls ausgebaut und ausgewertet werden. So kann insbesondere durch die Messung der radialen Magnetisierung im Abstand r auf die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes geschlossen werden. Anhand dieser Auswertung kann dann eine Aussage getroffen werden, inwiefern die Komponenten des Batteriesystems 20, also die Batteriezellen 22 und die Schaltschütze 28, durch den Kurzschluss in Mitleidenschaft gezogen wurden. Je nachdem ob die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes eine maximal für die Komponenten des Batteriesystems 20 zugelassenen Stromstärke erreicht oder übersteigt, kann auch die entsprechende Komponente ersetzt werden.
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3 zeigt einen Ablauf eines Verfahrens zum Messen der Stromstärke eines Kurzschlussstromes unter Verwendung der Anordnung 10 gemäß 1 in Form eines Flussdiagramms.
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Zum Messen der Stromstärke des Kurzschlussstroms in dem Batteriesystem 20, wie zum Beispiel in 2 dargestellt, wird in einem ersten Schritt 100 der Stromindikator 13, 14, 15 bereitgestellt und radial zu einer Längsachse eines elektrischen Leiters 12 des Batteriesystems 20 angeordnet.
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In einem zweiten Schritt 102 erfasst der Stromindikator 13, 14, 15 im Falle eines Kurzschlusses die maximale Stromstärke des Kurzschlussstromes.
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In einem dritten Schritt 104 wird der Stromindikator 13, 14, 15 ausgewertet, um die maximale Stromstärke des Kurzschlussstromes zu ermitteln. Dazu wird die radiale Magnetisierung im Abstand r des Stromindikators 13, 14, 15 mit Hilfe beispielweise einer Hallsonde ausgelesen. So wird insbesondere die Magnetisierung in Abhängigkeit von dem radialen Abstand r gemessen. Daraus kann mit Hilfe einer Kalibrierung die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes ermittelt werden.
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In einem vierten Schritt 106 wird die maximale Stromstärke des Kurzschlussstromes mit einer maximal zugelassenen Stromstärke für die einzelnen Komponenten des Batteriesystems 20 verglichen. Erreicht oder überschreitet die maximale Stromstärke des im elektrischen Leiter 12 geflossenen Stromes die maximal zugelassenen Stromstärke für eine der Komponenten des Batteriesystems 20, so wird diese Komponente ausgewechselt. Anhand der ermittelten maximalen Stromstärke des Kurzschlussstromes kann somit eine zuverlässige und sichere Aussage dahingehend getroffen werden, ob Batteriekomponenten, wie Batteriezellen 22, durch den Kurzschluss in Mitleidenschaft gezogen wurden und ausgetauscht werden müssen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die anhängigen Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen des fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10103398 A1 [0003]
- EP 2194600 B1 [0004]
- DE 19704941 A1 [0005]
