DE102015009569A1 - Electrical protection circuit for avoiding a thermal event of a battery cell of a motor vehicle battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (10) mit einer Kraftfahrzeugbatterie (12) und einer elektrischen Schutzschaltung (24), die mit mindestens einer Batteriezelle (12a) der Kraftfahrzeugbatterie (12) gekoppelt ist. Die elektrische Schutzschaltung (24) weist einen Eingang (26a) und einen Ausgang (26b) auf, der mit der mindestens einen Batteriezelle (12a) gekoppelt ist, einen Lastwiderstand (28), und eine Schalteinrichtung (30) mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand, wobei im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) mit dem Ausgang (26b) über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt ist und im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) und der Ausgang (26b) nicht über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt sind. Dabei ist Schalteinrichtung (30) in Abhängigkeit von einer Temperatur (ϑ) vom zweiten in den ersten Schaltzustand schaltbar.The invention relates to a battery arrangement (10) having a motor vehicle battery (12) and an electrical protection circuit (24) which is coupled to at least one battery cell (12a) of the motor vehicle battery (12). The electrical protection circuit (24) has an input (26a) and an output (26b) which is coupled to the at least one battery cell (12a), a load resistor (28), and a switching device (30) having a first switching state and a second switching state, wherein in the first switching state of the switching device (30) of the input (26a) to the output (26b) via the load resistor (28) is electrically conductively coupled and in the second switching state of the switching device (30) of the input (26a) and the output (26b) are not electrically conductively coupled via the load resistor (28). In this case, switching device (30) is switchable as a function of a temperature (θ) from the second to the first switching state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung mit einer Kraftfahrzeugbatterie und einer elektrischen Schutzschaltung sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Kraftfahrzeugbatterie mittels einer elektrischen Schutzschaltung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a battery arrangement with a motor vehicle battery and an electrical protection circuit and a method for monitoring a motor vehicle battery by means of an electrical protection circuit according to the preambles of the independent claims.

Aus dem Stand der Technik bekannte Kraftfahrzeugbatterien, insbesondere HV-Batterien, weisen üblicherweise eine Mehrzahl an seriell und gegebenenfalls parallel verschaltete Lithium-Ionen-Zellen auf, die durch eine Überwachungselektronik überwacht werden können. Darüber hinaus kann dieser Zellverbund über Schütze mit Kraftfahrzeugkomponenten gekoppelt sein. Detektiert die Überwachungselektronik einen nicht ordnungsgemäßen Betriebszustand der Batterie, besteht die Möglichkeit den Zellverbund vom Fahrzeug durch das Öffnen der Schütze zu trennen. Die durch einen Fehlerfall, wie beispielsweise einen Kurzschluss, einer Zellalterung, einer Zellchemiebelastung durch Einbringen von Fremdpartikeln, usw. hervorgerufene thermische Energie in den Zellen verbleibt jedoch in der Batterie. Die thermische Mehrbelastung ruft ein stetiges Beanspruchen der Zellchemie hervor. Diese Mehrbeanspruchung kann in dem schlimmsten Fall zu einer irreversiblen Schädigung der Zelle führen. So eine Schädigung kann zum Beispiel das Öffnen der Zelle und den Austritt von Elektrolyt bedeuten. Aufgrund der thermischen Kopplung aller Zellen ist ein so genannter thermischer Event nicht auszuschließen. Der thermische Event bedeutet, dass aufgrund der Energiefreisetzung einer Zelle, alle benachbarten Zellen dieselbe thermische Mehrbeanspruchung erfahren und ihrerseits zum Freisetzen von Energie, zum Beispiel durch Elektrolytaustritt, angeregt werden. Im Falle von Elektrolytaustritt ist leicht mit Brandentwicklung und dem Austritt von giftigen, lebensgefährlichen Gasen zu rechnen, was natürlich einen zu vermeidenden Zustand einer Lithium-Ionen-Batterie darstellt.Motor vehicle batteries known from the prior art, in particular HV batteries, typically have a plurality of lithium ion cells connected in series and optionally in parallel, which can be monitored by monitoring electronics. In addition, this cell network can be coupled via contactors with motor vehicle components. If the monitoring electronics detect an improper operating state of the battery, it is possible to disconnect the cell assembly from the vehicle by opening the contactors. However, the thermal energy in the cells caused by an error case such as a short circuit, cell aging, cell chemical stress by introduction of foreign particles, etc. remains in the battery. The additional thermal stress causes a constant stress on cell chemistry. In the worst case, this additional stress can lead to irreversible damage to the cell. Such damage can mean, for example, the opening of the cell and the escape of electrolyte. Due to the thermal coupling of all cells, a so-called thermal event can not be ruled out. The thermal event means that due to the energy release of one cell, all adjacent cells experience the same thermal stress and in turn are stimulated to release energy, for example by leakage of electrolyte. In the case of electrolyte leakage is easy to expect fire and the escape of toxic, lethal gases, which of course represents a state of avoiding a lithium-ion battery.

Die US 2010/0026242 A1 beschreibt eine Batterieanordnung mit einer Kraftfahrzeugbatterie und einer elektrischen Schutzschaltung, die im Fall, dass mittels eines Unfallerfassungssensors ein Unfall detektiert wird, die Batterie über einen Lastwiderstand entlädt. Nachteiligerweise lassen sich hierdurch nur Unfallsituationen berücksichtigen und keine Fehlerfälle, wie Kurzschlüsse und Zellalterung, die unabhängig von Kraftfahrzeugunfällen auftreten können.The US 2010/0026242 A1 describes a battery assembly with a motor vehicle battery and an electrical protection circuit which, in the event that an accident is detected by means of an accident detection sensor, discharges the battery via a load resistor. Disadvantageously, this can be considered only accident situations and no errors, such as short circuits and cell aging, which can occur independently of motor vehicle accidents.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterieanordnung und ein Verfahren zum Überwachen einer Kraftfahrzeugbatterie bereitzustellen, mittels welchem eine Verbesserung hinsichtlich der Vermeidung kritischer Zustände einer Kraftfahrzeugbatterie ermöglicht wird.It is therefore an object of the present invention to provide a battery arrangement and a method for monitoring a motor vehicle battery, by means of which an improvement with regard to the avoidance of critical states of a motor vehicle battery is made possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieanordnung und ein Verfahren zum Überwachen einer Kraftfahrzeugbatterie gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a battery assembly and a method for monitoring a motor vehicle battery according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Batterieanordnung weist eine Kraftfahrzeugbatterie und eine elektrische Schützschaltung auf, die mit mindestens einer Batteriezelle der Kraftfahrzeugbatterie gekoppelt ist. Des Weiteren weist die elektrische Schutzschaltung einen Eingang und einen Ausgang, die mit der mindestens einen Batteriezelle gekoppelt sind, einen Lastwiderstand und eine Schalteinrichtung mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand auf. Dabei ist im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung der Eingang mit dem Ausgang über den Lastwiderstand elektrisch leitend gekoppelt und im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung sind der Eingang und der Ausgang nicht elektrisch leitend über den Lastwiderstand gekoppelt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur vom zweiten in den ersten Schaltzustand schaltbar ist. Damit wird es vorteilhafter Weise ermöglicht, die Batterie beziehungsweise einzelne Batteriezellen, nicht nur im Falle eines Kraftfahrzeugunfalls, sondern temperaturabhängig zu entladen. Gerade die Temperatur stellt dabei die Größe dar, die Aufschluss über den thermischen Zustand der Batterie beziehungsweise der einzelnen Batteriezellen gibt, und damit Aufschluss über kritische Zustände. Es kann beispielsweise eine thermisch angeregte Zelle, deren Temperatur einen bestimmten Grenzwert übersteigt automatisch und gezielt entladen werden, und damit ein kritischer Zustand verhindert werden. Auch kann dadurch die thermische Kopplung der Zellen eingeschränkt und ein thermischer Event verhindert werden.The battery arrangement according to the invention has a motor vehicle battery and an electrical contactor circuit, which is coupled to at least one battery cell of the motor vehicle battery. Furthermore, the electrical protection circuit has an input and an output, which are coupled to the at least one battery cell, a load resistor and a switching device with a first switching state and a second switching state. In the first switching state of the switching device, the input is electrically conductively coupled to the output via the load resistor, and in the second switching state of the switching device, the input and the output are not electrically conductively coupled via the load resistor. The invention is characterized in that the switching device is switchable in response to a temperature from the second to the first switching state. This advantageously makes it possible to discharge the battery or individual battery cells, not only in the event of a motor vehicle accident, but depending on the temperature. Just the temperature represents the size that provides information about the thermal state of the battery or the individual battery cells, and thus provides information about critical conditions. For example, a thermally excited cell, whose temperature exceeds a certain limit, can be discharged automatically and in a targeted manner, and thus a critical state can be prevented. Also, this can limit the thermal coupling of the cells and prevent a thermal event.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schutzschaltung einen Steuerkreis zum Steuern der Schalteinrichtung auf, wobei der Steuerkreis einen Thermistor aufweist, der dazu ausgelegt ist, einen ihm zugeordneten elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern, wobei der Steuerkreis weiterhin derart eingerichtet ist, dass bei einem vorbestimmten Widerstandswert des elektrischen Widerstands des Thermistors, der für eine vorbestimmte Grenztemperatur vorbestimmt ist, der Steuerkreis die Schalteinrichtung vom zweiten Zustand in den ersten Zustand schaltet. Durch das Vorsehen eines Thermistors, das heißt eines temperaturabhängigen Widerstands, wie zum Beispiel eines PTC (Positive Temperature Coefficient), lässt sich die Schutzschaltung besonders einfach und kostengünstig ausgestalten, da keine aufwändigen und teuren Temperatursensoren erforderlich sind. Durch den Thermistor kann die Zellerwärmung direkt als Steuergröße genutzt werden, um den Lastkreis mit dem Lastwiderstand direkt an die Zelle zu schalten. Die Schalteinrichtung kann dabei beispielsweise als Relais ausgebildet sein, die sich somit auf einfache Weise durch einen Steuerkreis steuern lässt.In an advantageous embodiment of the invention, the protection circuit has a control circuit for controlling the switching device, wherein the control circuit comprises a thermistor which is adapted to change its associated electrical resistance as a function of temperature, wherein the control circuit is further arranged such that at a predetermined resistance value of the electrical resistance of the thermistor, which is predetermined for a predetermined limit temperature, the control circuit switches the switching means from the second state to the first state. By providing a thermistor, that is, a temperature-dependent resistor, such as a PTC (Positive Temperature Coefficient), the protection circuit can be made particularly simple and inexpensive, since no complex and expensive temperature sensors are required. Through the thermistor, the cell heating can be used directly as a control variable to the load circuit with the load resistance directly to the To switch cell. The switching device can be designed, for example, as a relay, which can thus be controlled in a simple manner by a control circuit.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Batteriezelle zwei Pole auf, wobei der Eingang und Ausgang der Schutzschaltung mit je einem der zwei Pole der mindestens einen Batteriezelle gekoppelt ist. Dadurch lassen sich die Batteriezellen der Batterie vorteilhafter Weise einzeln überwachen und im Notfall entladen. Dazu können auch mehrere der beschriebenen Schutzschaltungen vorgeschrieben sein, die jeweils mit einer einzelnen Batteriezelle gekoppelt sind. Steigt die Temperatur einer Batteriezelle über die vorbestimmte Grenztemperatur, so wird gezielt diese Batteriezelle entladen. Ein Entladen der gesamten Batterie ist damit nicht erforderlich und es ist dadurch eine deutlich bessere Situationsanpassung bereitgestellt.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one battery cell on two poles, wherein the input and output of the protection circuit is coupled to one of the two poles of the at least one battery cell. As a result, the battery cells of the battery can advantageously be individually monitored and discharged in an emergency. For this purpose, several of the protective circuits described may be prescribed, which are each coupled to a single battery cell. If the temperature of a battery cell exceeds the predetermined limit temperature, this battery cell is purposefully discharged. A discharge of the entire battery is thus not required and it is thus provided a much better situation adaptation.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterieanordnung ein Batteriegehäuse auf, in welchem die Kraftfahrzeugbatterie und die elektrische Schutzschaltung angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich die Batterieanordnung besonders kompakt ausgestalten.In a further advantageous embodiment of the invention, the battery assembly comprises a battery housing, in which the motor vehicle battery and the electrical protection circuit are arranged. In this way, the battery assembly can be made very compact.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen einer Kraftfahrzeugbatterie mittels einer elektrischen Schutzschaltung, die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, die mit mindestens einer Batteriezelle der Kraftfahrzeugbatterie gekoppelt sind, wobei die Schutzschaltung weiterhin einen Lastwiderstand und eine Schalteinrichtung mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand aufweist. Dabei ist im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung der Eingang mit dem Ausgang über den Lastwiderstand elektrisch leitend gekoppelt und im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung sind der Eingang und der Ausgang nicht elektrisch leiten über den Lastwiderstand gekoppelt. Weiterhin wird die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einer Temperatur vom zweiten in den ersten Schaltzustand geschaltet. Die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Merkmale, Merkmalskombinationen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterieanordnung und ihren Ausgestaltungen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.The invention further relates to a method for monitoring a motor vehicle battery by means of an electrical protection circuit having an input and an output, which are coupled to at least one battery cell of the motor vehicle battery, wherein the protection circuit further comprises a load resistor and a switching device having a first switching state and a second Has switching state. In the first switching state of the switching device, the input is electrically conductively coupled to the output via the load resistor, and in the second switching state of the switching device, the input and the output are not electrically conductively coupled via the load resistor. Furthermore, the switching device is switched as a function of a temperature from the second to the first switching state. The features, feature combinations and their advantages mentioned for the battery arrangement according to the invention and its embodiments apply in the same way to the method according to the invention. In addition, the physical features mentioned in connection with the battery arrangement according to the invention and its embodiments enable the development of the method according to the invention by further method steps.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung mit einer Kraftfahrzeugbatterie, einer Zellverbindereinheit und einer Auswertelektronik; und 1 a schematic representation of a battery assembly with a motor vehicle battery, a cell connector unit and an electronic evaluation system; and

2 eine schematische Darstellung einer Batterieanordnung mit einer elektrischen Schutzschaltung. 2 a schematic representation of a battery assembly with an electrical protection circuit.

Der Energieinhalt einer Lithium-Ionen-Batterie wird grundlegend durch die Anzahl von seriell und gegebenenfalls parallel verschalteten Lithium-Ionen-Zellen (oder deren chemische Varianten) definiert. Nachfolgend soll lediglich die Seriellverschaltung von Zellen, die einen Zellverbund darstellen, betrachtet werden. Ferner heißt dies, dass jeweils eine Anode (Pluspol) der energetisch niederwertigen Zelle mit einer Kathode (Minuspol) der energetisch höherwertigen Zelle verbunden ist.The energy content of a lithium-ion battery is fundamentally defined by the number of lithium ion cells connected in series and possibly in parallel (or their chemical variants). In the following, only the serial connection of cells representing a cell group is to be considered. Furthermore, this means that in each case one anode (positive pole) of the low-energy cell is connected to a cathode (negative pole) of the higher-energy cell.

1 zeigt dabei eine Batterieanordnung 10 einer Kraftfahrzeugbatterie 12 mit einer Zellverbindereinheit 14 und einer Auswerteelektronik 16. Die Kraftfahrzeugbatterie 12 stellt dabei insbesondere eine Hochvoltbatterie dar und weist eine Mehrzahl seriell verschalteter Batteriezellen 12a auf, von denen hier exemplarisch nur drei dargestellt sind. Der Verbund der Zellen 12a wird durch die Komponente Zellverbindereinheit 14 gewährleistet. Zusätzlich erfüllt die Zellverbindereinheit 14 die Funktion des Zellspannungsabgriffs, wozu diese eine Spannungsabgriffschaltung 14a aufweisen kann, um die Einzelspannungen an den jeweiligen Batteriezellen 12a abzugreifen. Auch kann die Zellverbindereinheit 14 zur Bereitstellung der Temperaturwerte des Zellblocks an der Auswerteelektronik 16 dienen, wozu entsprechende Temperatursensoren 14b vorgesehen sein können. 1 shows a battery arrangement 10 a motor vehicle battery 12 with a cell connector unit 14 and an evaluation 16 , The motor vehicle battery 12 in particular represents a high-voltage battery and has a plurality of serially connected battery cells 12a of which only three are shown here by way of example. The composite of the cells 12a is through the component cell connector unit 14 guaranteed. In addition, the cell connector unit fulfills 14 the function of the cell voltage tap, to which this voltage tap circuit 14a may have to the individual voltages to the respective battery cells 12a tap off. Also, the cell connector unit 14 for providing the temperature values of the cell block to the transmitter 16 serve, including corresponding temperature sensors 14b can be provided.

Die einzelnen Zellspannungen werden von der Auswerteelektronik 16 ausgewertet, um eine Aussage über den Zustand der Batterie 12 zu treffen. Eine übergeordnete Elektronik (hier nicht dargestellt) kann entsprechend Sicherheitsmaßnahmen durch die Ansteuerung von Aktoren, wie zum Beispiel der hier dargestellten Schütze 18, über welche die Kraftfahrzeugbatterie 12 mit einem Steckerabgang 20 zum Kraftfahrzeug beziehungsweise zu Kraftfahrzeugkomponenten verbunden ist, ergreifen. Ein weiterer Indikator für den Betriebszustand der Batterie 12 sind die genannten Temperatursensoren 14b, welche an signifikanten Zellen im Zellverbund verbaut werden können, um eine Aussage zur thermischen Situation der Zellen 12a im Verbund zu erhalten. Gerät der Betriebszustand der Batterie 12 außer Kontrolle, besteht die Möglichkeit den Zellverbund vom Fahrzeug durch das Öffnen der Schütze 18 zu trennen. Überlagert würde das schnellere Trennen vom Fahrzeug durch das Schmelzen einer Sicherung 22 erfolgen, welche in der Verbindung zwischen Batterie 12 und dem Steckerabgang 20 angeordnet ist.The individual cell voltages are provided by the evaluation electronics 16 evaluated a statement about the condition of the battery 12 hold true. A higher-level electronics (not shown here) can according to safety measures by the control of actuators, such as the contactors shown here 18 , about which the motor vehicle battery 12 with a plug outlet 20 connected to the motor vehicle or to automotive components, take. One Another indicator for the operating status of the battery 12 are the mentioned temperature sensors 14b , which can be installed on significant cells in the cell network, to give an indication of the thermal situation of the cells 12a to get in the network. Device the operating state of the battery 12 out of control, there is the possibility of the cell composite from the vehicle by opening the contactors 18 to separate. Superimposed would be the faster separation from the vehicle by melting a fuse 22 take place, which in the connection between battery 12 and the plug outlet 20 is arranged.

Diese Sicherheitsmaßnahmen erzielen lediglich das Trennen der HV– und HV+ Potentiale der Hochvoltbatterie 12 vom Fahrzeug. Um kritische Zustände noch effektiver verhindern zu können, ist nun erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich zur beschriebenen und in 1 dargestellten Anordnung eine elektrische Schutzschaltung vorgesehen, welche in 2 schematisch dargestellt ist.These safety measures only achieve the separation of HV and HV + potentials of the high-voltage battery 12 from the vehicle. In order to be able to prevent critical states even more effectively, it is now according to the invention alternatively or in addition to the described and in 1 arrangement shown provided an electrical protection circuit, which in 2 is shown schematically.

Insbesondere zeigt 2 dabei wiederum die Batterieanordnung 10 mit einer Kraftfahrzeugbatterie 12, welche eine Mehrzahl an Batteriezellen 12a aufweist, von denen wiederum nur exemplarisch drei dargestellt sind. Weiterhin weist die Batterieanordnung 10 eine elektrische Schutzschaltung 24 mit einem Eingang 26a und einem Ausgang 26b auf, die mit je einem Pol einer der Batteriezellen 12a gekoppelt sind. Weiterhin weist die Schutzschaltung 24 einen Lastwiderstand 28 und eine Schalteinrichtung 30, insbesondere ein Relais, mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand auf. Im ersten Schaltzustand, welcher einen geschlossenen Schaltzustand darstellt, ist der Eingang 26a mit dem Ausgang 26b über den Lastwiderstand 28 elektrisch leitend gekoppelt und im zweiten Schaltzustand, der einen geöffneten Schaltzustand darstellt, sind der Eingang 26a und der Ausgang 26b nicht über den Lastwiderstand 28 miteinander verbunden.In particular shows 2 in turn, the battery arrangement 10 with a motor vehicle battery 12 which a plurality of battery cells 12a of which again only three are shown by way of example. Furthermore, the battery arrangement 10 an electrical protection circuit 24 with an entrance 26a and an exit 26b on, each with a pole of one of the battery cells 12a are coupled. Furthermore, the protection circuit 24 a load resistor 28 and a switching device 30 , in particular a relay, with a first switching state and a second switching state. In the first switching state, which represents a closed switching state, the input is 26a with the exit 26b over the load resistance 28 electrically conductively coupled and in the second switching state, which represents an open switching state, are the input 26a and the exit 26b not over the load resistance 28 connected with each other.

Zur Steuerung der Schalteinrichtung 30 weist die Schutzschaltung 24 weiterhin einen Steuerkreis 32 auf, der einen Thermistor 34 mit positivem thermischen Koeffizienten umfasst. Der Thermistor 34 mit positivem thermischen Koeffizienten ist in einem typischen Temperaturbereich leitfähig und wird an einer materialabhängigen Grenztemperatur, zum Beispiel eine die auf 100°C festgelegt ist, hochohmig. Weiterhin ist der Thermistor 34 bevorzugt zwischen den Zellen zur Temperaturüberwachung angeordnet. Wir aufgrund eines ungewollten thermischen Effekts in einer Zelle 12a Wärme freigesetzt, wechselt der Thermistor 34 in den sperrenden Bereich, wodurch ein Schalten der Schalteinrichtung 30 in Abhängigkeit von der Temperatur ϑ bereitgestellt ist. Der Thermistor 34 ist mit dem Relais, das heißt der Schalteinrichtung 30, parallel verschalten und wird durch die Elektronik 16 (vgl. 1) mit einer Spannung, zum Beispiel fünf Volt, versorgt. Die an der Parallelschaltung anliegende Spannungsversorgung erzeugt einen Stromfluss. Ab der Grenztemperatur des Thermistors 34 wird in der Masche aus Thermistor 34 und Spannungsversorgung der Stromfluss so stark begrenzt, dass der notwendige Schaltstrom des Relais zur Verfügung steht und dieses zum Schließen bringt. Durch das Hinzuschalten des Lastwiderstands 28 wird die kritische thermische Energie der Zelle 12a über den ausgelagerten Widerstand 28 gezielt in Wärme umgesetzt. Auf diese Weise wird die Zellerwärmung bzw. Temperatur ϑ als Steuergröße genutzt, um den Lastkreis mit dem Lastwiderstand 28 direkt an die Zelle 12 anzuschalten und die Entladung der Zelle 12a gezielt über den Lastwiderstand 28 zu bewirken. Damit kann die thermisch angeregte Zelle 12a entladen werden und ein kritischer Zustand, wie beispielsweise ein Reißen der Zellhaut mit einem damit verbundenen Austritt von Elektrolyt und giftigen Gasen, verhindert werden. Auch wird die thermische Kopplung der Zelle eingeschränkt und ein thermischer Event kann verhindert werden. Weiterhin kann die Schutzschaltung 24 dabei zumindest zum Teil in die Zellverbindereinheit 14 integriert sein.For controlling the switching device 30 indicates the protection circuit 24 continue a control circuit 32 on top of a thermistor 34 comprising a positive thermal coefficient. The thermistor 34 with a positive thermal coefficient is conductive in a typical temperature range and is at a material-dependent temperature limit, for example, one which is set to 100 ° C, high impedance. Furthermore, the thermistor 34 preferably arranged between the cells for temperature monitoring. We due to an unwanted thermal effect in a cell 12a Heat released, the thermistor changes 34 in the blocking area, causing a switching of the switching device 30 is provided as a function of the temperature θ. The thermistor 34 is with the relay, that is the switching device 30 , connect in parallel and is through the electronics 16 (see. 1 ) is supplied with a voltage, for example five volts. The power supply connected to the parallel circuit generates a current flow. From the limit temperature of the thermistor 34 is in the mesh of thermistor 34 and power supply current flow so limited that the necessary switching current of the relay is available and this brings to close. By adding the load resistor 28 becomes the critical thermal energy of the cell 12a about the outsourced resistance 28 specifically converted into heat. In this way, the cell heating or temperature θ is used as a control variable to the load circuit with the load resistance 28 directly to the cell 12 turn on and the discharge of the cell 12a specifically via the load resistor 28 to effect. This allows the thermally excited cell 12a be discharged and a critical condition, such as a cracking of the cell skin with an associated leakage of electrolyte and toxic gases prevented. Also, the thermal coupling of the cell is limited and a thermal event can be prevented. Furthermore, the protection circuit 24 at least partially into the cell connector unit 14 be integrated.

Wenngleich hier auch die elektrische Schutzschaltung 24 exemplarisch mit einem PTC-Widerstand als Thermistor 34 beschrieben wurde, so ist auch ein leicht modifizierter Schaltungsaufbau beispielsweise mit einem NTC(Negative Temperature Coefficient)-Widerstand denkbar, um über den Steuerkreis 32 die Schalteinrichtung 30 temperaturabhängig zu steuern und zu schalten. Zudem kann eine derartige Schutzschaltung 34 für jeweils eine Batteriezelle 12a der Kraftfahrzeugbatterie 12 vorgesehen sein, so dass bei zu starker Erwärmung ein gezieltes Entladen einer jeweiligen Batteriezelle 12a separat möglich ist.Although here also the electrical protection circuit 24 exemplary with a PTC resistor as a thermistor 34 has been described, as well as a slightly modified circuit structure, for example, with an NTC (Negative Temperature Coefficient) resistor is conceivable to over the control circuit 32 the switching device 30 temperature-dependent to control and switch. In addition, such a protection circuit 34 for each one battery cell 12a the motor vehicle battery 12 be provided so that when excessive heating targeted discharging a respective battery cell 12a is possible separately.

Insgesamt wird so eine Batterieanordnung mit einer elektrischen Schutzschaltung bereitgestellt, welche auf besonders effektive und einfache Weise ein Vermeiden eines thermischen Events ermöglicht.Overall, such a battery arrangement is provided with an electrical protection circuit, which allows a particularly effective and simple way to avoid a thermal event.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Batterieanordnungbattery assembly
1212
KraftfahrzeugbatterieMotor vehicle battery
12a12a
Batteriezellebattery cell
1414
ZellverbindereinheitCell connector unit
14a14a
SpannungsabgriffschaltungSpannungsabgriffschaltung
14b14b
Temperatursensortemperature sensor
1616
Auswerteelektronikevaluation
1818
Schützcontactor
2020
Steckerabgang zu FahrzeugkomponentenConnector outlet to vehicle components
2222
Sicherungfuse
2424
Elektrische SchutzschaltungElectrical protection circuit
26a26a
Eingangentrance
26b26b
Ausgangoutput
2828
Lastwiderstandload resistance
30 30
Schalteinrichtungswitching device
3232
Steuerkreiscontrol circuit
3434
Thermistorthermistor
ϑθ
Temperaturtemperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010/0026242 A1 [0003] US 2010/0026242 A1 [0003]

Claims (5)

Batterieanordnung (10) mit einer Kraftfahrzeugbatterie (12) und einer elektrischen Schutzschaltung (24), die mit mindestens einer Batteriezelle (12a) der Kraftfahrzeugbatterie (12) gekoppelt ist, die elektrische Schutzschaltung (24) aufweisend: – einen Eingang (26a) und einen Ausgang (26b), der mit der mindestens einen Batteriezelle (12a) gekoppelt ist; – einen Lastwiderstand (28); und – eine Schalteinrichtung (30) mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand, wobei im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) mit dem Ausgang (26b) über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt ist und im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) und der Ausgang (26b) nicht über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt sind; dadurch gekennzeichnet, dass – die Schalteinrichtung (30) in Abhängigkeit von einer Temperatur (ϑ) vom zweiten in den ersten Schaltzustand schaltbar ist.Battery arrangement ( 10 ) with a motor vehicle battery ( 12 ) and an electrical protection circuit ( 24 ) connected to at least one battery cell ( 12a ) of the motor vehicle battery ( 12 ), the electrical protection circuit ( 24 ) comprising: - an input ( 26a ) and an output ( 26b ) connected to the at least one battery cell ( 12a ) is coupled; - a load resistor ( 28 ); and - a switching device ( 30 ) with a first switching state and a second switching state, wherein in the first switching state of the switching device ( 30 ) the entrance ( 26a ) with the output ( 26b ) via the load resistor ( 28 ) is electrically conductively coupled and in the second switching state of the switching device ( 30 ) the entrance ( 26a ) and the output ( 26b ) not via the load resistor ( 28 ) are electrically conductively coupled; characterized in that - the switching device ( 30 ) is switchable as a function of a temperature (θ) from the second to the first switching state. Batterieanordnung (10) nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Steuerkreis (32) zum Steuern der Schalteinrichtung (30), wobei der Steuerkreis (32) einen Thermistor (34) aufweist, der dazu ausgelegt ist, einen ihm zugeordneten elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur (ϑ) zu ändern, wobei der Steuerkreis (32) derart eingerichtet ist, dass bei einem vorbestimmten Widerstandswert des elektrischen Widerstands des Thermistors (34), der für eine vorbestimmte Grenztemperatur vorbestimmt ist, der Steuerkreis (32) die Schalteinrichtung (30) vom zweiten Zustand in den ersten Zustand schaltet.Battery arrangement ( 10 ) according to claim 1 characterized by a control circuit ( 32 ) for controlling the switching device ( 30 ), whereby the control circuit ( 32 ) a thermistor ( 34 ), which is adapted to change its associated electrical resistance as a function of the temperature (θ), wherein the control circuit ( 32 ) is arranged such that at a predetermined resistance value of the electrical resistance of the thermistor ( 34 ), which is predetermined for a predetermined limit temperature, the control circuit ( 32 ) the switching device ( 30 ) switches from the second state to the first state. Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Batteriezelle (12a) zwei Pole aufweist, wobei der Eingang und Ausgang der Schutzschaltung (24) mit je einem der zwei Pole der mindestens einen Batteriezelle (12a) gekoppelt ist.Battery arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one battery cell ( 12a ) has two poles, the input and output of the protection circuit ( 24 ) with one of the two poles of the at least one battery cell ( 12a ) is coupled. Batterieanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Batteriegehäuse, in welchem die Kraftfahrzeugbatterie (12) und die elektrische Schutzschaltung (24) angeordnet sind.Battery arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized by a battery housing in which the motor vehicle battery ( 12 ) and the electrical protection circuit ( 24 ) are arranged. Verfahren zum Überwachen einer Kraftfahrzeugbatterie (12) mittels einer elektrischen Schutzschaltung (24), die einen Eingang (26a) und einen Ausgang (26b) aufweist, die mit mindesten einer Batteriezelle (12a) der Kraftfahrzeugbatterie (12) gekoppelt sind, wobei die Schutzschaltung (24) weiterhin einen Lastwiderstand (28) und eine Schalteinrichtung (30) mit einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) mit dem Ausgang (26b) über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt ist und im zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (30) der Eingang (26a) und der Ausgang (26b) nicht über den Lastwiderstand (28) elektrisch leitend gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (30) in Abhängigkeit von einer Temperatur (ϑ) vom zweiten in den ersten Schaltzustand geschaltet wird.Method for monitoring a motor vehicle battery ( 12 ) by means of an electrical protection circuit ( 24 ), which has an entrance ( 26a ) and an output ( 26b ), which is connected to at least one battery cell ( 12a ) of the motor vehicle battery ( 12 ), the protection circuit ( 24 ) further a load resistor ( 28 ) and a switching device ( 30 ) having a first switching state and a second switching state, wherein in the first switching state of the switching device ( 30 ) the entrance ( 26a ) with the output ( 26b ) via the load resistor ( 28 ) is electrically conductively coupled and in the second switching state of the switching device ( 30 ) the entrance ( 26a ) and the output ( 26b ) not via the load resistor ( 28 ) are electrically conductively coupled, characterized in that the switching device ( 30 ) is switched from the second to the first switching state as a function of a temperature (θ).
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100026242A1 (en) 2006-12-22 2010-02-04 Forsloew Daniel Method and arrangement for discharging an energy storage system for electrical energy

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