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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbatterieanordnung zur Energieversorgung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgelegt ist. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung.
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Hin und wieder kann es zum Liegenbleiben eines Fahrzeugs kommen. Ein Grund für liegengebliebene Fahrzeuge sind technische Defekte des Fahrzeugs, so zum Beispiel eine defekte Kraftstoffpumpe, ein Generatordefekt sowie viele andere Möglichkeiten. Dies wird sich auch im kommenden Zeitalter der E-Mobilität nicht ändern.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich hauptsächlich mit einem Defekt der Traktionsbatterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie. Ein solcher Defekt führt gemäß dem aktuellen Stand der Technik ebenfalls zu einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs, da ein solcher Defekt der Traktionsbatterie bei einem Elektrofahrzeug direkt einen abrupt auftretenden Vortriebsverlust verursacht. Der Grund des Batterieausfalls kann ein Zellkurzschluss oder ein Lichtbogen in der Batterie sein, welcher im schlimmsten Fall einen Batterie- und/oder auch einen Fahrzeugbrand entstehen lässt. Um gerade bei einem Brand innerhalb der Batterie nach Möglichkeit schlimmere Folgen zu verhindern, wird in der Regel die Hochvoltbatterie vom restlichen Bordnetz abgekoppelt sowie eventuell auch entsprechende Löschmaßnahmen eingeleitet.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2009 003 048 A1 eine Vorrichtung zur Auslösung einer Trennung eines Energiespeichers von einem angeschlossenen Netz, wobei eine Trennung erfolgt, wenn Spannungsmesswerte der Batteriespannung bei Vergleich mit einer Referenzspannung außerhalb eines Toleranzbereichs liegen. Durch einen solchen Vergleich sollen Fehler wie zum Beispiel Kurzschlüsse innerhalb des Energiespeichers oder doppelte Isolationsfehler mit unterschiedlichem Potential erkannt werden können.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2016 200 368 A1 ein Batteriesystem und ein Kühlmittelkreislaufsystem mit einer Kühlmittelleitung, die mindestens eine Notfallöffnung in einem Batteriemodul aufweist. Bei einem Druck größer als ein Schwellwert öffnet die Notfallöffnung und es kann ein Löschmittel durch diese Notfallöffnung in das Batteriemodul eingebracht werden.
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Da die Verhinderung des Ausbreitens eines Batteriebrands üblicherweise Priorität hat, um die Gefährdung von Insassen zu verhindern, führen bekannte Maßnahmen, wie die oben beschriebenen, immer dazu, dass das Kraftfahrzeug sofort fahruntauglich wird, da die Hochvoltbatterie immer sofort deaktiviert wird. Andererseits können aber auch aus einer solchen sofortigen Deaktivierung der Hochvoltbatterie für einen Fahrer oder Insassen des Kraftfahrzeugs gefährliche Situationen resultieren, insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug an einer sehr verkehrsreichen und kritischen Position liegen bleibt. Ein weiterer Aspekt ergibt sich aus der Kombination von selbstfahrenden Fahrzeugen, das heißt autonomen Fahrzeugen, und der E-Mobilität. Hier wird die Fahraufgabe zukünftig vollständig vom Fahrzeug übernommen und der Fahrer kann zukünftig beliebige Nebentätigkeiten ausführen. In der finalen Ausbaustufe wird es möglich, dass der Fahrer beziehungsweise die Insassen schlafen, während das Fahrzeug vollständig autonom das Ziel ansteuert. Falls in diesem Szenario ein Liegenbleiber auftritt, ist es fraglich, ob ein Insasse kurz nach dem er aus dem Schlaf gerissen wird, die Risiken der aktuellen Situation gut genug einschätzen kann. Ein nicht ausreichend überdachtes Aussteigen auf einer viel befahrenen Straße kann zum Unfall bis hin zum Tod der betreffenden Personen oder anderer Beteiligter führen. Entsprechend ist es erstrebenswert, auch dieses Risiko, selbst bei einem Batteriebrand, so gering wie möglich zu halten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hochvoltbatterieanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung bereitzustellen, welche es ermöglichen, die Sicherheit von Benutzern eines Kraftfahrzeugs bei einem Batteriebrand zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvoltbatterieanordnung, durch ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug ist zur Energieversorgung einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgelegt. Weiterhin weist die Hochvoltbatterieanordnung mindestens ein erstes Batteriesegment und mindestens ein zweites Batteriesegment auf, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, sowie eine Detektionseinrichtung zumindest zur Detektion eines Brands des mindestens einen ersten und/oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments. Dabei weist die Hochvoltbatterieanordnung weiterhin eine Kopplungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, zumindest im Falle eines detektierten Brands des mindestens einen ersten Batteriesegments oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments das vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten Batteriesegments und des mindestens einen zweiten Batteriesegments elektrisch abzukoppeln, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments bereitstellbar ist.
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Somit wird es vorteilhafterweise durch die Erfindung ermöglicht, die Traktionsbatterie, insbesondere Hochvoltbatterie, eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs räumlich wie elektrisch in mehrere Segmente einzuteilen und bei Fehlern, inklusive Brand der Batterie, kann das betroffene Batteriesegment abgekoppelt werden und die Antriebseinheit durch das andere nicht betroffene Batteriesegment weiter betrieben werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine temporäre Weiterfahrt ermöglicht werden, da die restlichen, nicht vom Brand betroffenen Batteriesegmente die Versorgung des Hochvoltsystems übernehmen können. Somit kann also vorteilhafterweise durch das Abkoppeln des vom Brand betroffenen Batteriesegments eine sofortige Schutzmaßnahme eingeleitet werden, und andererseits können durch das Ermöglichen der temporären Weiterfahrt auch abrupte Liegenbleiber des Kraftfahrzeugs und die daraus resultierenden Gefahren vermieden werden. Dadurch wird es also vorteilhafterweise durch die Erfindung ermöglicht, trotz Batteriebrand eine temporäre Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, um das Kraftfahrzeug noch in eine vorteilhafte Parkposition zu bringen, die die Insassen beim Aussteigen möglichst wenig gefährdet. Somit kann die Sicherheit von Insassen und Benutzern des Kraftfahrzeugs deutlich gesteigert werden.
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Das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment stellen dabei insgesamt eine Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs bereit oder stellen zumindest einen Teil dieser bereit. Diese Hochvoltbatterie kann dabei in nur zwei Segmente gegliedert sein, nämlich das erste Batteriesegment und das zweite Batteriesegment, oder die Hochvoltbatterie kann auch in mehr als nur zwei Batteriesegmente gegliedert sein und zum Beispiel mehrere erste Batteriesegmente sowie mehrere zweite Batteriesegmente aufweisen, die dann entsprechend ebenfalls voneinander räumlich separiert angeordnet sind.
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Unter einer solchen räumlichen Separation wird zumindest verstanden, dass das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment nicht in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, sondern zum Beispiel in separaten Gehäusen und zudem voneinander beabstandet. Weitere thermische Isolationsmöglichkeiten, die ein Übergreifen eines Brands von einem Batteriesegment auf ein anderes verhindern oder zumindest eindämmen, werden später näher erläutert. Alle nachfolgenden Beispiele, die im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Batteriesegment erläutert werden, können ganz analog auch auf mehr als zwei Batteriesegmente analog angewandt werden.
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Weiterhin kann ein jeweiliges Batteriesegment zur Bereitstellung einer Hochvoltspannung ausgelegt sein. Es ist aber auch denkbar, dass zumindest eines der Batteriesegmente eine deutlich niedrigere Spannung zur Verfügung stellt, wie dies ebenfalls später erläutert wird. Ein jeweiliges Batteriesegment umfasst dabei weiterhin mindestens eine Batteriezelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Zelle, vorzugsweise aber mehrere solcher Batteriezellen, die zum Beispiel in Reihe und/oder parallel geschaltet sein können.
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Die Detektionseinrichtung zur Detektion eines Brands kann wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgebildet sein und wird hier nicht näher beschrieben. Im einfachsten Fall kann ein solcher Brand zum Beispiel mit Hilfe eines Temperatursensors innerhalb des betreffenden Batteriesegments detektiert werden. Es gibt aber auch zahlreiche Kurzschlussdetektions- und Lichtbogendetektionseinrichtungen, die ebenso genutzt werden können.
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Die Detektionseinrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, sowohl einen Brand innerhalb des ersten Batteriesegments als auch einen Brand innerhalb des zweiten Batteriesegments zu detektieren. Eine temporäre Weiterfahrt wird insbesondere nur dann möglich, wenn nicht alle der Batteriesegmente gleichzeitig von einem Brand betroffen sind. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall, da es üblicherweise immer nur einen Brandherd gibt. Somit kann in den meisten Fällen eine temporäre Weiterfahrt durch die Erfindung ermöglicht werden. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen lässt sich jedoch nicht nur bei der Detektion eines Brands einsetzen, sondern kann ganz analog auch bei der Detektion anderer Fehlerfälle umgesetzt werden, wie zum Beispiel die Detektion eines Kurzschlusses, ein Sensorfehler zumindest eines einem Batteriesegment zugeordneten Sensors, ein Elektronikfehler, oder ähnliches. In zahlreichen Fehlerfällen können somit die beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden und insbesondere nur das betroffene Batteriesegment beziehungsweise die betroffenen Batteriesegmente abgekoppelt werden, während das oder die übrigen nicht betroffenen Batteriesegmente weiter die Antriebseinheit mit Energie versorgen, oder im Allgemeinen das Kraftfahrzeugbordnetz.
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Die Antriebseinheit stellt dabei vorzugsweise eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs dar. Auch eine Leistungselektronik wie zum Beispiel ein Pulswechselrichter kann zur Antriebseinheit gehörend angesehen werden.
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Für die Kopplungseinrichtung gibt es im Allgemeinen vielfältige Ausbildungsmöglichkeiten, die nachfolgend näher beschrieben werden. Im einfachsten Fall kann die Kopplungseinrichtung mehrere Schaltelemente, zum Beispiel elektronisch steuerbare Schalter oder Schütze, aufweisen, um eine entsprechende Kopplung und Entkopplung der betreffenden Batteriesegmente vorzunehmen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang, umfassend einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss, zueinander parallel geschaltet, wobei die Kopplungseinrichtung eine erste Kopplungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment vom ersten Ausgangsanschluss zu entkoppeln und mit diesem zu koppeln, und wobei die Kopplungseinrichtung weiterhin eine zweite Kopplungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment unabhängig vom zweiten Ausgangsanschluss zu entkoppein und mit diesem zu koppeln.
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Ein jeweiliger der beiden Ausgangsanschlüsse kann zum Beispiel einen Pol der Hochvoltbatterie breitstellen, zum Beispiel der erste Ausgangsanschluss einen Minuspol der Hochvoltbatterie und der zweite Ausgangsanschluss einen Pluspol der Hochvoltbatterie. Die beiden Ausgangsanschlüsse können beispielsweise auch durch Hochvoltschütze bereitgestellt sein, über welche die Hochvoltbatterie umfassend das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Batteriesegment vom restlichen Hochvoltbordnetz entkoppelbar sind und mit diesem koppelbar sind. Mit diesem Hochvoltbordnetz ist auch die Antriebseinheit, nämlich die Leistungselektronik zur Versorgung der E-Maschine des Kraftfahrzeugs, gekoppelt. Denkbar wäre es auch, die beiden Kopplungseinheiten, das heißt die mindestens eine erste und die mindesten eine zweite Kopplungseinheit anstelle der üblicherweise vorhandenen Hochvoltschütze vorzusehen.
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Durch die oben beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es nunmehr möglich, zum Beispiel zwei Zellstränge, von denen jeweils einer einem Batteriesegment zugeordnet ist, separat mit dem Pluspol der Hochvoltbatterie zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln. Ist also beispielsweise die elektrische Verbindung zwischen einem der beiden Batteriesegmente und dem betreffenden Pluspol der Hochvoltbatterie getrennt, so trägt dieses Batteriesegment auch nicht zur Versorgung des Hochvoltbordnetzes und damit nicht zur Versorgung der Antriebseinheit bei.
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Für die Ausbildung der jeweiligen ersten und zweiten Kopplungseinheit gibt es nun mehrere vorteilhafte Möglichkeiten. Umfasst die Hochvoltbatterie beispielsweise zwei Batteriesegmente, das erste und das zweite Batteriesegment, so kann die zweite Kopplungseinheit beispielsweise durch zwei Schaltelemente bereitgestellt sein, wobei ein jeweiliges der Schaltelemente einem jeweiligen der Batteriesegmente zugeordnet ist, und über dieses zugeordnete Schaltelemente entweder mit dem Pluspol der Batterie koppelbar ist oder von diesem Pluspol entkoppelbar ist. Diese Schaltelemente können zum Beispiel durch elektronisch steuerbare Schalter, wie zum Beispiel MOSFETs bereitgestellt sein oder auch durch Schütze. Diese Variante ist besonders einfach, effizient und kostengünstig.
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Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die zweite Kopplungseinheit zum Koppeln des mindestens einen ersten Batteriesegments und/oder der mindestens eine zweiten Batteriesegments mit dem zweiten Ausgangsanschluss und zum Entkoppeln vom zweiten Ausgangsanschluss mindestens eine Wandlereinrichtung, insbesondere einen DC/DC-Wandler, aufweist. Beispielsweise kann zwischen dem ersten Batteriesegment und dem Pluspol der Hochvoltbatterie ein einfacher Schalter angeordnet sein und zwischen dem zweiten Batteriesegment und dem Pluspol kann ein DC/DC-Wandler angeordnet sein. In einer weiteren Variante kann sowohl zwischen dem ersten Batteriesegment und dem Pluspol als auch zwischen dem zweiten Batteriesegment und dem Pluspol eine jeweilige Wandlereinrichtung, insbesondere ein jeweiliger DC/DC-Wandler angeordnet sein. Gleiches gilt natürlich auch, falls die Hochvoltbatterie mehr als nur zwei Batteriesegmente aufweist. Diese können dann jeweils über entweder einen Schalter oder eine solche Wandlereinrichtung mit dem betreffenden Pluspol der Hochvoltbatterie koppelbar sein und von diesem Pluspol entsprechend entkoppelbar sein. Dadurch sind vorteilhafterweise Konfigurationen unterschiedlicher Batterien beziehungsweise Batteriesegmente möglich, da die Strangspannungen, das heißt die von den jeweiligen Batteriesegmenten bereitgestellten Gesamtspannungen aufeinander angepasst beziehungsweise auf eine vorgegebene Ausgangsspannung mittels der Wandlereinrichtung gewandelt und damit angepasst werden können. Des Weiteren sind unterschiedliche Leistungsklassen und Batterietechnologien möglich, insbesondere in Kombination, da Anpassungen hinsichtlich Stromaufnahme, Spannungen und respektive Leistungsaufnahme von den zugeordneten Wandlereinrichtungen beeinflusst beziehungsweise bestimmt werden können. Beispielsweise ist es dadurch auch möglich, zumindest eines der Batteriesegmente als ein Hilfssegment auszubilden, mit deutlich verringerter Zellenanzahl und deutlich verringerter bereitstellbarer Gesamtspannung. Diese kann jedoch dennoch auch während des normalen Betriebs mit genutzt werden, indem die Wandlereinrichtung dann entsprechend diese geringere Spannung auf die vorgegebene Hochvoltspannung wandelt. Dadurch lässt sich ein solches Hilfssegment besonders kostengünstig ausgestalten und dessen Kapazitäten dennoch im normalen Betrieb ebenfalls mit nutzen. Auch gibt es zahlreiche Anwendungsfälle, in denen beispielsweise die Verwendung unterschiedlicher Leistungsklassen und Batterietechnologien vorteilhaft ist. So kann zum Beispiel ein Batteriesegment hinsichtlich Reichweite optimiert sein, ein anderes Batteriesegment hinsichtlich der Erbringung hoher Leistungen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer solchen Wandlereinrichtung anstelle eines Schaltelements besteht zudem auch darin, dass im Falle, dass nach einer Abkopplung eines Batteriesegments dieses Batteriesegment wieder zum restlichen Bordnetz zugeschaltet werden soll, dies mit einer herkömmlichen Schalteinrichtung nicht ohne weiteres möglich ist, da es sich bei stark unterschiedlichen Lage und Zuständen ungewollte und insbesondere auch gefährliche Ausgleichsströme ergeben können. Dieses Problem besteht jedoch bei der Verwendung einer Wandlereinrichtung nicht. Diese ermöglicht ein langsames Zuschalten eines abgekoppelten Batteriesegments und begrenzt damit solche Ausgleichsströme.
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Die erste Kopplungseinheit weist dagegen vorzugsweise nur eines oder mehrere Schaltelemente, jedoch keine Wandlereinrichtung auf, da dies kostengünstiger ist und ohnehin überflüssig wäre. Auch hier können die Schaltelemente wiederum als elektronisch steuerbare Schalter und/oder Schütze ausgebildet sein.
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Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die erste Kopplungseinheit nur eine erste Schalteinrichtung aufweist, mittels welcher das mindestens eine erste Batteriesegment nur zusammen mit dem mindesten einen zweiten Batteriesegment vom ersten Ausgangsanschluss entkoppelbar ist und mit diesem koppelbar ist, oder die erste Kopplungseinheit mehrere Schalteinrichtungen aufweist, wobei eine jeweilige der Schalteinrichtungen einem jeweiligen des mindestens einen ersten Batteriesegments und des mindestens einen zweiten Batteriesegments zugeordnet ist, so dass das mindestens eine erste Batteriesemgent und das mindestens eine zweite Batteriesegment über die jeweils zugeordnete Schalteinrichtung unabhängig voneinander vom ersten Ausgangsanschluss entkoppelbar sind und mit diesem koppelbar sind.
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Die erste Variante hat dabei den großen Vorteil, dass nur ein einzelner Schalter zum Koppeln und Entkoppeln von zwei oder beliebig vielen Batteriesegmenten vom negativen Pol der Hochvoltbatterie erforderlich ist, was besonders bauraumeffizient und kostengünstig ist. allerdings kann hierdurch keine galvanisch Trennung der mindesten zwei Batteriesegmente, auch nicht im Brandfall, erreicht werden, was es erleichtert, dass sich Fehler des einen Batteriesegments, wie zum Beispiel Kurzschlussströme, auch auf das andere beziehungsweise die anderen Batteriesegmente auswirken. Entsprechend stellt die zweite Variante deutlich mehr Sicherheit bereit, da sie durch die jeweils zugeordneten Schaltelemente eine vollständige galvanische Trennung der defekten beziehungsweise vom Brand betroffenen Batteriesegmente von den übrigen noch intakten Batteriesegmenten ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das mindestens eine erste Batteriesegment und das mindestens eine zweite Batteriesegment in Bezug auf einen mit der Antriebseinheit koppelbaren Ausgang, insbesondere den oben bereits beschriebenen Ausgang, umfassend wiederum einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss, zueinander in Serie geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse können wie oben bereits beschrieben ausgestaltet sein. Weiterhin ist in vorteilhafterweise eine erste Überbrückungsschaltung mittels der Kopplungseinrichtung parallel zum mindestens einen ersten Batteriesegment schaltbar, so dass das mindestens eine erste Batteriesegment überbrückt und dadurch entkoppelt ist, und wobei eine zweite Überbrückungsschaltung mittels der Kopplungseinrichtung parallel zum mindestens einen zweiten Batteriesegment schaltbar ist, so dass das mindestens eine zweite Batteriesegment überbrückt und dadurch entkoppelt ist.
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Mit anderen Worten kann eine Entkopplung eines der beiden oder der mehreren Batteriesegmente auch bereitgestellt werden, wenn die jeweiligen Batteriesegmente zueinander in Bezug auf den Ausgang in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Dies lässt sich auf einfache Weise durch die beschriebenen Überbrückungsschaltungen bewerkstelligen. Werden beispielsweise von zwei gleichartig ausgestalteten Batteriesegmenten eines dieser beiden Batteriesegmente weggeschaltet, insbesondere wie beschrieben überbrückt, so halbiert sich die Batteriespannung der Hochvoltbatterie. Die Hochvoltkomponenten, insbesondere die Antriebseinheit, inklusive der Antriebselektronik, die im Fehlerfrei noch funktionieren sollen, müssen entsprechend diesem erweiterten Spannungsbereich ausgelegt sein. Mit anderen Worten ist die Antriebseinheit und eventuell auch andere Verbraucher dazu ausgelegt, auch bei gegenüber der normalen definierten Hochvoltspannung verringerten Spannung betrieben zu werden. Alternativ oder zusätzlich könnte auch wiederum eine Kopplung über eine Wandlereinrichtung vorgesehen sein, die dann entsprechend die Ausgangsspannung auch bei überbrücktem Batteriesegment auf die normale Hochvoltbordnetzspannung wandelt.
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So sind zahlreiche vorteilhafte Möglichkeiten bereitgestellt, die ein sicheres Abkoppeln eines Batteriesegments oder auch mehrerer von einem Brand betroffenen Batteriesegmente im Fehlerfall ermöglichen und eine Weiterfahrt auf Basis der noch funktionsfähigen und nicht vom Brand betroffenen Batteriesegmente bereitstellen, zumindest temporär.
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Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hochvoltbatterieanordnung eine Kühleinrichtung auf, die einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelhauptpfad aufweist, der sich in mindestens einen ersten Teilpfad, welcher eine dem mindestens einen ersten Batteriesegment zugeordnete Kühleinheit durchläuft, und mindestens einen zweiten Teilpfad, der vom mindestens einem ersten Teilpfad separiert ist und eine zweite dem mindestens einen zweiten Batteriesegment zugeordneten Kühleinheit durchläuft, aufteilt, wobei der mindestens eine erste und zweite Teilpfad nach Durchlaufen der jeweils zugeordneten Kühleinheiten zum Kühlmittelhauptpfad zusammengeführt werden.
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Die Kühlmittelpfade durch die erste und zweite Kühleinheit sind damit vorteilhafterweise separiert, was gerade im Brandfall besonders vorteilhaft ist, sodass sich eine starke Erwärmung des Kühlmittels des vom Brand betroffenen Batteriesegments nicht oder zumindest nicht so schnell auf die Kühlung des anderen Batteriesegments auswirken kann. Durch diese Separation des Kühlsystems kann also vorteilhafterweise eine thermische Entkopplung vom Brandherd, das heißt von dem vom Brand betroffenen Batteriesegment, erfolgen. Der Kühlmittelhauptpfad sowie die jeweiligen Teilpfade können zum Beispiel durch Rohre beziehungsweise Kühlkanäle bereitgestellt sein. Insbesondere der erste und der zweite Teilpfad können als Kühlkanäle durch jeweilige die erste und zweite Kühleinheit bereitstellende Kühlplatten ausgebildet sein. Auch hier gilt entsprechendes wiederum für mehrere, das heißt mehr als zwei Batteriesegmente. Die Effizienz dieser thermischen Entkopplung des Kühlsystems kann durch folgende Maßnahmen noch weiter gesteigert werden.
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Gemäß dieser weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühleinrichtung derart ausgestaltet, dass zumindest im Falle eines detektierten Brand des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments der Kühlmittelfluss durch denjenigen Teilpfad, welcher die Kühleinheit durchläuft, die dem vom Brand betroffenen Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Batteriesegments zugeordnet ist, durch Schließen zumindest eines Ventils gesperrt wird. Vorzugsweise werden dabei sogar zwei Ventile, eines zu Beginn des betreffenden Teilpfads und eines am Ende des betreffenden Teilpfads geschlossen. Dadurch wird der Kühlmitteldurchfluss durch das vom Brand betroffene Batteriesegment beziehungsweise dessen Kühleinheit unterbunden, wodurch sich das durch den Brand stark erhitzte Kühlmittel nicht mehr mit dem übrigen Kühlmittel mischt, wodurch gerade die Kühlung für das oder die noch intakten Batteriesegmente deutlich effizienter betrieben werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Batteriesegment ein schwer entflammbares, thermisches Isolationsmaterial angeordnet. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise der Brandherd isolieren und die Funktionalität des intakten Batteriesegments im Falle des Brandes eines anderen Batteriesegments so lange wie möglich aufrechterhalten. Dabei können auch die Schaltelemente, die so genannte Battery Junction Box, sowie die Komponenten des Batteriemanagementsystems in einem separaten abgetrennten Segment untergebracht und von den übrigen Batteriesegmenten thermisch isoliert sein, sodass im Falle eines Brandes der Batteriesegmente solange wie möglich die Funktionalität der Schaltelemente und des Batteriemanagementsystems aufrecht erhalten werden kann. Zudem kann auch die komplette Hochvoltbatterie vom Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels passiver Brandschutzmaßnahmen, wie das beschriebene schwer entflammbare thermische Isolationsmaterial, separiert sein. Solche Materialien können zum Beispiel durch Mehrschichtfolien aus Polymeren und Metall bereitgestellt sein, oder mineralstoffbasierte feuerfeste Systems basierend auf Anschwellungs- beziehungsweise Ausdehnungseffekten oder anderen Effekten. Es können also nicht nur die einzelnen Batteriesegmente voneinander durch solche Materialien separiert sein, sondern beispielsweise auch in jeweils separaten Gehäusen bestehend aus solchen Materialien, wie schwer entflammbaren, brandhemmenden Materialien untergebracht sein. Als schwer entflammbare Materialien können zum Beispiel nach DIN 4102-1 alle Stoffe/Materialien verstanden werden, die nach dem Entfernen der Brandquelle von selbst erlöschen. Alternativ oder zusätzlich können auch aktive Feuerbekämpfungsmaßnahmen eingesetzt werden, wie zum Beispiel entsprechende Löschsysteme, wie diese ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind. derartige Löschsysteme können dann für die jeweiligen Batteriesegmente separat vorgesehen und ansteuerbar sein, sodass genau dasjenige Löschsystem aktiviert wird, welches den vom Brand betroffenen Batteriesegment zugeordnet ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvoltbatterieanordnung eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Die Hochvoltbatterieanordnung weist mindestens ein erstes und ein zweites Batteriesegment auf, die voneinander räumlich separiert angeordnet sind, wobei im Falle, dass ein Brands des mindestens einen ersten oder des mindestens einen zweiten Batteriesegments detektiert wird, das vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments elektrisch abgekoppelt wird, so dass eine Energieversorgung der Antriebseinheit nur noch durch das mindestens eine andere nicht vom Brand betroffene Batteriesegment aus der Gruppe des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Batteriesegments bereitgestellt wird.
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Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterieanordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterieanordnung und ihren Ausgestaltungen beschriebenen gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondieren Verfahrensschritte.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung mit separierten Teilpfaden für eine Hochvoltbatterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 7 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs mit einer Hochvoltbatterieanordnung und damit voneinander isolierten Batteriesegmenten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 bis 5 zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Diese Hochvoltbatterieanordnung 10 wird im Folgenden auch kurz als Hochvoltbatterie 10 bezeichnet. Um die Verfügbarkeit zu steigern und trotz einzelnen Fehlern der Hochvoltbatterie 10, insbesondere einzelnen Fehlern der Zellen 12, von denen in 1 bis 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, sowie einzelnen Fehlern der Module eine weitere Funktionalität der Batterie 10 anzubieten, wird nun vorteilhafterweise die Hochvoltbatterie 10 in mehrere Segmente 14a, 14b unterteilt. Bei Fehlern in einem Segment 14a, 14b, insbesondere im Falle eines Brandes, kann das betreffende Segment entkoppelt und entsprechend abgeschaltet werden. Durch die übrigen noch funktionsfähigen Segmente 14a, 14b kann dann vorteilhafterweise das restliche HV-System oder ausgewählte Verbraucher, wie zum Beispiel eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, trotz der Fehlerabschaltung noch eine Funktion ausführen, wie zum Beispiel einen Notbetrieb hinsichtlich des Antriebs. Dies ermöglicht auch im Fehlerfall insbesondere im Falle eines Brandes noch eine temporäre Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs, welches somit an einer sicheren Parkposition abgestellt werden kann, an welcher das Aussteigen für Insassen ungefährlich ist.
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Um eine solche Entkopplung einzelner Batteriesegmente 14a, 14b zu ermöglichen, sind mehrere Varianten möglich. Unterschiedliche Verschaltungsmöglichkeiten der jeweiligen Batteriesegmente 14a, 14b sind exemplarisch anhand von zwei Batteriesegmenten 14a, 14b in 1 bis 5 dargestellt. In 1 bis 4 sind die jeweiligen Batteriesegmente 14a, 14b bezüglich eines Ausgangs 16, umfassend einen ersten Ausgangsanschluss 16a sowie einen zweiten Ausgangsanschluss 16b, angeordnet. Dabei stellt der erste Ausgangsanschluss 16a einen Minuspol der Hochvoltbatterie 10 dar und der zweite Ausgangsanschluss 16b einen Pluspol der Hochvoltbatterie 10. Im ersten in 1 dargestellten Beispiel sind nunmehr die beiden Batteriesegmente 14a, 14b jeweils über eine erste Kopplungseinheit 18 unabhängig voneinander mit dem ersten Ausgangsanschluss 16a koppelbar und von diesem entkoppelbar. Zu diesem Zweck umfasst die erste Kopplungseinheit 18 zwei Schaltelemente von denen jeweils eines einem Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Weiterhin sind die beiden Batteriesegmente 14a, 14b auch über eine zweite Kopplungseinheit 20 unabhängig voneinander mit dem zweiten Ausgangsanschluss 16b koppelbar und von diesem entkoppelbar. Auch in diesem Beispiel umfasst die zweite Kopplungseinheit 20 zwei jeweilige Schaltelemente 20a, 20b, von denen jeweils eines einem entsprechenden Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Ist also beispielsweise das erste Batteriesegment 14a von einem Brand betroffen, so öffnen die Schaltelemente 20a und 18a und trennen somit das erste Batteriesegment 14a galvanisch vollständig vom zweiten Batteriesegment 14b und vom übrigen Bordnetz, wobei das übrige Bordnetz durch das zweite Batteriesegment 14b weiterhin mit Energie versorgt werden kann. Ist umgekehrt das zweite Batteriesegment 14b von einem Brand betroffen, so öffnen analog die Schaltelemente 20b, 18b und trennen somit vollständig dieses zweite Batteriesegment 14b vom ersten Batteriesegment 14a und vom übrigen Bordnetz ab, während das erste Batteriesegment 14a dieses Bordnetz über die Anschlüsse 16a, 16b weiterhin mit Energie versorgt. Da durch diese Variante eine vollständige galvanische Abkopplung eines von einem Brand betroffenen Batteriesegments 14a, 14b bereitgestellt werden kann, ist diese Variante auch besonders sicher.
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Die schematisch in 2 dargestellte Hochvoltbatterie 10 ist ähnlich wie die Hochvoltbatterie 10 aus 1 aufgebaut, sodass im Folgenden nur die Unterschiede beschrieben werden. Der Unterschied besteht hierbei insbesondere nur in der Ausbildung der ersten Kopplungseinheit 18, die in diesem Beispiel nur einen einzelnen Schalter 18c umfasst. Durch diesen einzelnen Schalter 18c können also entweder beide Batteriesegmente 14a, 14b gleichzeitig vom negativen Pol, das heißt vom ersten Anschluss 16a entkoppelt werden oder gleichzeitig mit diesem verbunden werden. Ist nun beispielsweise das zweite Batteriesegment von einem Brand betroffen, so öffnet lediglich der diesem Batteriesegment 14b zugeordnete Schalter 20b der zweiten Kopplungseinheit 20. Dadurch kann ebenfalls eine Entkopplung des vom Brand betroffenen Batteriesegments 14b bewirkt werden, jedoch keine vollständige galvanische Trennung. Nichtsdestoweniger ist bei dieser Variante vorteilhafterweise auf Seite des negativen Anschlusses 16a lediglich ein einzelner Schalter 18c, selbst bei beliebig vielen Batteriesegmenten 14a, 14b erforderl ich.
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3 zeigt eine Hochvoltbatterie 10, die wiederum ähnlich wie die zur 2 beschriebene ausgebildet ist, sodass im Folgenden wiederum nur die Unterschiede beschrieben werden. Hier ist nun eine der Schalteinrichtungen der zweiten Kopplungseinheit 20 als Wandlereinrichtung, insbesondere als DC/DC-Wandler 22 ausgebildet. Auch über einen solchen DC/DC-Wandler 22 kann das zugeordnete Batteriesegment, in diesem Beispiel das zweite Batteriesegment 14b mit dem zweiten Ausgangsanschluss 16b gekoppelt werden und von diesem entkoppelt werden. Im Beispiel in 4 umfasst die zweite Kopplungseinheit 20 zwei DC/DC-Wandler, wobei ein jeweiliger DC/DC-Wandler 22 einem jeweiligen Batteriesegment 14a, 14b zugeordnet ist. Durch die Verwendung einer solchen Wandlereinrichtung 22 sind Konfigurationen unterschiedlicher Batterien möglich, da die Strangspannungen der einzelnen Batteriezellstränge angepasst werden können. Des Weiteren sind auch unterschiedliche Leistungsklassen und Batterietechnologien ermöglicht, die Anpassungen hinsichtlich Stromaufnahme, Spannungen und respektive Leistungsaufnahme können dann von den DC/DC-Wandlern 22 beeinflusst beziehungsweise bestimmt werden. Vor allem die in 4 dargestellte Variante ermöglicht zudem auch eine andere Hochvoltnetzspannung als es ohne Wandler durch die Hochvoltbatterie 10 möglich wäre. Mit anderen Worten kann die am Ausgang 16 bereitgestellte Gesamtspannung variiert werden.
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5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Hochvoltbatterie 10, gemäß welchem nun die beiden Batteriesegmente 14a, 14b zueinander in Bezug auf den Ausgang 16 in Reihe geschaltet sind. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 in diesem Beispiel eine erste Überbrückungsschaltung 24a, mittels welcher das erste Batteriesegment 14a überbrückbar ist, sowie eine zweite Überbrückungsschaltung 24b, mittels welcher das zweite Batteriesegment 14b überbrückbar ist. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 wiederum eine minuspolseitige Kopplungseinheit 18, sowie eine pluspolseitige Kopplungseinheit 20. Diese beiden Kopplungseinheiten 18, 20 umfassen jeweils wiederum jeweils zwei Schalteinrichtungen 18a, 18b sowie 20a, 20b. Über die Schalteinrichtungen 18a und 20a ist die Reihenschaltung der beiden Batteriesegmente 14a, 14b mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 16a, 16b koppelbar und von diesen entkoppelbar. Parallel dazu und einen Teil der beiden Überbrückungsschaltungen 24a, 24b bildend ist eine elektrische Leitung 24 mit einem Mittelabgriff 26, der die Leitung 24 mit einem Punkt zwischen dem ersten und zweiten Batteriesegment 14a, 14b verbindet. Soll nun beispielsweise das erste Batteriesegment 14a, wenn dieses von einem Brand betroffen ist, überbrückt werden, so werden die Schalteinrichtungen 18a und 20b geschlossen und die Schalteinrichtungen 18b und 20a geöffnet. Soll umgekehrt im Brandfall das zweite Batteriesegment 14b überbrückt werden, so werden die Schalter 18b und 20a geschlossen und die Schalter 18a und 20b geöffnet. Wird eines dieser Batteriesegmente 14a, 14b entkoppelt, so halbiert sich in diesem Beispiel die Batteriespannung der Hochvoltbatterie 10 und in einem allgemeinen Fall reduziert sich diese um die Teilspannung, die durch das entkoppelte Batteriesegment 14a beziehungsweise 14b bereitgestellt wird. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn die über die restlichen, noch intakten Batteriesegmente 14a, 14b versorgten Hochvoltkomponenten so ausgelegt sind, dass diese auch durch eine reduzierte Spannung betreibbar sind.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung 28 für eine Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie bereits beschrieben, wird bei der Detektion eines Brands mittels Branddetektionsmitteln, zum Beispiel Temperatursensoren in der Batterie 10, das betroffene Batteriesegment 14a, 14b elektrisch getrennt, zum Beispiel wie zuvor beschrieben. Um nun auch ein thermisches Übersprechen zwischen Batteriesegmenten 14a, 14b zu verhindern oder zumindest zu verzögern, ist es besonders vorteilhaft, wenn auch die Kühlung der beiden Batteriesegmente 14a, 14b voneinander separiert ist. Dies wird nun wiederum anhand des Beispiels von zwei Batteriesegmenten 14a, 14b erläutert. Jedem dieser beiden Batteriesegmente 14a, 14b ist, wie in 6 dargestellt, eine jeweiligen Kühleinheit zugeordnet, welche in diesem Beispiel als von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlplatte 30a, 30b ausgebildet ist. Diese Kühlplatten 30a, 30b sind dabei von jeweiligen Kühlkanälen 32a, 32b durchzogen. Diese Kühlkanäle 32a, 32b sind dabei Teil jeweiliger Teilpfade 34a, 34b, die den jeweiligen Batteriesegmenten 14a, 14b zugeordnet sind. Die Kühleinrichtung 28 umfasst weiterhin einen Kühlmittelhauptpfad 34, der sich entsprechend in diese Teilpfade 34a, 34b aufteilt, die jeweiligen Kühlplatten 30a, 30b als Kühlkanäle 32a, 32b durchläuft, die nach dem Durchlaufen dieser Kühlplatten 30a, 30b wieder zum Kühlmittelhauptpfad 34 zusammengeführt sind. Dieses in den Kühlmittelhauptpfad nach Durchlaufen der jeweiligen Kühlplatten 30a, 30b ausströmende Kühlmittel kann dann entsprechend wiederum abgekühlt werden und erneut diesem Kühlkreislauf zugeführt werden. Die Beförderung des Kühlmittels erfolgt durch eine Kühlmittelpumpe 35.
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Wie dargestellt sind diese beiden den jeweiligen Batteriesegmenten 14a, 14b zugeordneten Teilpfade 34a, 34b des Kühlmittels voneinander separiert, wodurch ein thermisches Überspringen auch im Brandfall in einem der beiden Batteriesegmente 14a, 14b erschwert wird. Dies ist dadurch begründet, dass das durch den Brand erhitzte Kühlmittel des betreffenden Teilpfads 34a, 34b nach dessen Erwärmung nicht unmittelbar den anderen der beiden Teilpfade 34a, 34b durchläuft, sondern zuerst gekühlt wird. Eine weitere Steigerung der thermische Entkopplung kann vorteilhafterweise noch dadurch erreicht werden, dass bei der Detektion eines Brands in einem der beiden Batteriesegmente 14a, 14b der zugeordnete Kühlmittelteilpfad 34a, 34b vollständig deaktiviert wird, das heißt nicht mehr von Kühlmittel durchströmt wird. Dies kann durch die jeweiligen Ventile 36a, 36b, 38a, 38b bewerkstelligt werden. Zur Ansteuerung dieser Ventile 36a, 36b, 38a, 38b ist eine Steuereinrichtung 40 vorgesehen. Ist also beispielsweise das erste Batteriesegment 14a, welches zum ersten Teilpfad 34a korrespondiert, von einem Brand betroffen, so werden das Eingangsventil 36a sowie das Ausgangsventil 38a geschlossen, während die beiden anderen Ventile 36b, 38b weiterhin geöffnet bleiben. Das Kühlmittel durchströmt somit nur noch den Kühlmittelhauptpfad 34 sowie den zweiten Teilpfad 34b und die Kühlung des zweiten Batteriesegments 14b wird nicht negativ durch das erhitzte Kühlmittel, welches sich noch im ersten Teilpfad 34a zwischen den geschlossenen Ventilen 36a, 38a befindet, beeinflusst. Die jeweiligen Ventile 36a, 36b, 38a, 38b können zum Beispiel als Sperrventile ausgestaltet sein. Durch diese vorteilhafte Ausbildung der Kühleinrichtung 28 wird ein erheblich geringerer Anteil der Wärme der „abgeschalteten“ Kühlplatte 30a beziehungsweise 30b im Kühlsystem, das heißt der Kühleinrichtung 28, verteilt und die Kühlung des noch intakten Batteriesegments 14a beziehungsweise 14b kann effektiver weiter betrieben werden.
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Um ein thermisches Überspringen und ein Ausbreiten des in zumindest einem der Batteriesegmente 14a, 14b vorhandenen Brands zu verhindern oder zu erschweren, können noch weitere vorteilhafte Maßnahmen getroffen werden, die nun im Zusammenhang mit 7 erläutert werden. 7 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugs 42, insbesondere einen Teil des Fahrgastraums, sowie wiederum eine schematische Darstellung der Hochvoltbatterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochvoltbatterie 10 weist in diesem Beispiel wiederum exemplarisch zwei Batteriesegmente 14a und 14b auf. Weiterhin umfasst die Hochvoltbatterie 10 auch eine so genannte Battery Junction Box mit diversen Schaltelementen, zum Beispiel den Hochvoltschützen, und den beschriebenen Kopplungseinheiten 18, 20, Sicherungen und diverse andere Anschlüsse, sowie ein Batteriemanagementsystem. Diese Komponenten sind dabei in einem dritten Segment 44 untergebracht, welches ebenfalls von den übrigen Batteriesegmenten 14a, 14b räumlich separiert ist. Bis auf die notwendige elektrische Leistung der Verbindung zwischen den jeweiligen Segmenten 14a, 14b, 44 besteht also keinerlei Kontakt zwischen diesen Segmenten 14a, 14b, 44. Insbesondere können diese in jeweiligen zugeordneten Gehäusen angeordnet sein, die zusätzlich durch flammhemmende und thermisch isolierende Materialien voneinander separiert sind. Diese thermische Isolation mit integriertem Brandschutz ist in 7 mit 46 bezeichnet. Dieser passive Feuerschutz kann nicht nur die einzelnen Batteriesegmente 14a, 14b, 44 voneinander thermisch entkoppeln, sondern zusätzlich auch eine thermische Entkopplung zum Fahrgastraum 42a bereitstellen. Durch diese thermische Isolation 46 kann im Falle eines Brandes der Batteriesegmente 14a, 14b, beziehungsweise eines der Batteriesegmente 14a, 14b das andere der Batteriesegmente 14a, 14b sowie auch die Funktionalität der Schaltelemente und des Batteriemanagementsystems im dritten Batteriesegment 44 solange wie möglich aufrechterhalten werden. Zusätzlich können auch Löschsysteme oder weitere Kühlsysteme implementiert werden, welche auch den Brand direkt bekämpfen können.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Konzept zur temporären Weiterfahrt eines Elektrofahrzeugs trotz Batteriebrand bereitgestellt werden kann, wobei insbesondere die Traktionsbatterie eines E-Fahrzeugs räumlich wie elektrisch in mehrere Segmente eingeteilt wird. Bei Fehlern, inklusive Brand der Batterie, kann das betroffene Batteriesegment abgekoppelt werden und es kann eine temporäre Weiterfahrt ermöglicht werden, da die restlichen Batteriesegmente die Versorgung des Hochvoltsystems übernehmen. Zur thermischen Entkopplung des Brandherdes kann zudem das Kühlsystem separiert sowie der Brand durch aktive und passive Brandschutzmaßnahmen zeitlich verzögert werden. Insgesamt kann durch dieses Konzept die Sicherheit im Kraftfahrzeug deutlich erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009003048 A1 [0004]
- DE 102016200368 A1 [0005]
