DE102021132236A1 - BATTERY SYSTEM FOR AN ELECTRICALLY DRIVABLE MOTOR VEHICLE - Google Patents

BATTERY SYSTEM FOR AN ELECTRICALLY DRIVABLE MOTOR VEHICLE Download PDF

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Helmut Weiss
Alexander Weiss
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Lisa Draexlmaier GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (10) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebsbatterie (12) mit wenigstens zwei in einem Batteriegehäuse (14) angeordneten Batterieblöcken (16, 18), die jeweils miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisen; eine Schaltungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke (16, 18) in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander zu verschalten und diese voneinander zu trennen; einen Überbrückungswiderstand (24), der einen Schalter (22, 32, 34) der Schaltungseinrichtung überbrückt.The invention relates to a battery system (10) for an electrically drivable motor vehicle, comprising a drive battery (12) with at least two battery blocks (16, 18) which are arranged in a battery housing (14) and each have battery cells which are connected to one another; a switching device which is designed to connect the battery blocks (16, 18) to one another in a series connection and/or in parallel and to separate them from one another; a bypass resistor (24) which bypasses a switch (22, 32, 34) of the switching device.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.The present invention relates to a battery system for an electrically drivable motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es ist an sich bekannt, Batteriesysteme für elektrische Kraftfahrzeuge vorzusehen, die eine Antriebsbatterie mit mehreren Batterieblöcken aufweisen, die jeweils miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisen. Diese Batterieblöcke können zur Bereitstellung einer möglichst hohen Batteriesystemspannung in Reihe geschaltet werden, wofür üblicherweise als Schütze ausgebildete Schalter verwendet werden. Derartige Batterieblöcke können so miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisen, dass die Batterieblöcke für sich genommen z.B. jeweils 400 V Spannung bereitstellen können. Werden dann diese Batterieblöcke in Reihe geschaltet, kann die Systemspannung auf 800 V erhöht werden.It is known per se to provide battery systems for electric motor vehicles that have a drive battery with a plurality of battery blocks that each have battery cells that are connected to one another. To provide the highest possible battery system voltage, these battery blocks can be connected in series, for which purpose switches designed as contactors are usually used. Such battery blocks can have battery cells connected to one another in such a way that the battery blocks themselves can provide e.g. 400 V voltage each. If these battery blocks are then connected in series, the system voltage can be increased to 800 V.

Solange die Batterieblöcke nicht in Reihe geschaltet sind, können allerdings bei einem solchen Batteriesystem unerwünscht hohe Potentialdifferenzen zwischen den Batterieblöcken insbesondere im Bereich der besagten Schütze auftreten, die zudem oftmals noch im selben Batteriegehäuse untergebracht sind.However, as long as the battery blocks are not connected in series, undesirably high potential differences can occur between the battery blocks in such a battery system, particularly in the area of said contactors, which are also often accommodated in the same battery housing.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die es ermöglicht, Potentialdifferenzen zwischen miteinander verschaltbaren Batterieblöcken eines Batteriesystems möglichst gering zu halten.The object of the invention is to provide a solution that makes it possible to keep potential differences between battery blocks of a battery system that can be connected to one another as small as possible.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Further possible configurations of the invention are disclosed in the dependent claims, the description and the figures.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug umfasst eine Antriebsbatterie mit wenigstens zwei in einem Batteriegehäuse angeordneten Batterieblöcken, die jeweils miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen in den jeweiligen Batterieblöcken können insbesondere in einer ganz bestimmten Konfiguration von Parallelschaltungen und Reihenschaltungen dauerhaft unveränderlich miteinander verschaltet sein. Die Batterieblöcke können die gleiche Spannung aufweisen, beispielsweise jeweils 400 V.The battery system according to the invention for an electrically drivable motor vehicle comprises a drive battery with at least two battery blocks which are arranged in a battery housing and each have battery cells which are connected to one another. The battery cells in the respective battery blocks can be connected to one another permanently and unchangeably, in particular in a very specific configuration of parallel circuits and series circuits. The battery blocks can have the same voltage, for example 400 V each.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst des Weiteren eine Schaltungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander zu verschalten und diese voneinander zu trennen. Die Schaltungseinrichtung kann also die Batterieblöcke in Reihenschaltung miteinander verschalten, um so die Systemspannung der Antriebsbatterie entsprechend zu vergrößern. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Schaltungseinrichtung die Batterieblöcke in Parallelschaltung miteinander verschalten kann, wodurch die aufnehmbare und abgebbare Leistung der Antriebsbatterie entsprechend erhöht werden kann, wobei die Antriebsbatterie dann weiterhin dieselbe Systemspannung aufweist wie die einzelnen Batterieblöcke.The battery system according to the invention also includes a switching device which is designed to connect the battery blocks to one another in a series connection and/or in parallel and to separate them from one another. The switching device can therefore connect the battery blocks to one another in a series connection in order to correspondingly increase the system voltage of the drive battery. Alternatively or additionally, it is also possible for the switching device to connect the battery blocks to one another in parallel, whereby the power that can be taken in and out of the drive battery can be increased accordingly, with the drive battery then continuing to have the same system voltage as the individual battery blocks.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst des Weiteren einen Überbrückungswiderstand, der einen Schalter der Schaltungseinrichtung überbrückt. Der Überbrückungswiderstand ist also in einem Zweig angeordnet, wobei der Schalter der Schaltungseinrichtung in einem anderen Zweig angeordnet ist, der parallel zum Zweig geschaltet bzw. angeordnet ist, in dem sich der Überbrückungswiderstand befindet. Die Überbrückung des Schalters kann durch den Überbrückungswiderstand insbesondere auch permanent gegeben sein, muss es aber nicht. Bei dem Überbrückungswiderstand kann es sich insbesondere um einen hochohmigen Widerstand handeln. Beispielsweise ist es möglich, dass der Überbrückungswiderstand 2 MΩ aufweist.The battery system according to the invention also includes a bypass resistor that bypasses a switch of the switching device. The bridging resistor is therefore arranged in one branch, with the switch of the switching device being arranged in another branch which is connected or arranged in parallel with the branch in which the bridging resistor is located. The bridging of the switch can, in particular, also be provided permanently by the bridging resistor, but this does not have to be the case. The bridging resistor can in particular be a high-impedance resistor. For example, it is possible for the bridging resistor to be 2 MΩ.

Durch das erfindungsgemäße Batteriesystem ist es möglich, Potentialdifferenzen innerhalb der Antriebsbatterie erheblich zu reduzieren, indem der besagte Überbrückungswiderstand vorgesehen wird, der zumindest einen Schalter der Schaltungseinrichtung überbrückt. Im Stand-By-Zustand, also bei geöffnetem Schalter der Schaltungseinrichtung, sorgt der Überbrückungswiderstand dafür, dass wesentlich geringere Potentialdifferenzen über diesem Schalter auftreten als ohne Überbrückungswiderstand. Je nach konkreter Ausgestaltung des Batteriesystems und Anordnung des Überbrückungswiderstands und des Schalters, ist es beispielsweise möglich, die über diesem Schalter auftretenden Potentialdifferenzen im Vergleich zu einer herkömmlichen Lösung ohne diesen Überbrückungswiderstand zu halbieren. Somit ist es unter anderem möglich, eine Entzündungswahrscheinlichkeit bei im Fehlerfall austretenden Gasen aus dem Batteriesystem erheblich zu verringern. Ohne den Überbrückungswiderstand würden nämlich Potenzialdifferenzen im Stand-By-Zustand, also bei geöffnetem Schalter, in Höhe der maximal bereitstellbaren Systemspannung der Antriebsbatterie auftreten - also entsprechend der Reihschaltung der Batterieblöcke.The battery system according to the invention makes it possible to significantly reduce potential differences within the drive battery by providing said bridging resistor, which bridges at least one switch of the switching device. In the stand-by state, ie when the switch of the switching device is open, the bridging resistor ensures that significantly lower potential differences occur across this switch than without the bridging resistor. Depending on the specific configuration of the battery system and the arrangement of the bridging resistor and the switch, it is possible, for example, to halve the potential differences occurring across this switch compared to a conventional solution without this bridging resistor. This makes it possible, among other things, to significantly reduce the probability of ignition in the event of a fault in the case of gases escaping from the battery system. Without the bridging resistor, there would be potential differences in the stand-by state, i.e. when the switch is open, at the level of the maximum system voltage that can be provided by the traction battery - i.e. in accordance with the series connection of the battery blocks.

Durch das Vorsehen des wenigstens einen Überbrückungswiderstands kann zudem der Bauteilstress innerhalb des Batteriesystems reduziert werden, beispielsweise indem Ladepeaks in Y-Kondensatoren reduziert werden können. Zudem kann das EMV-Verhalten (EMV für elektromagnetische Verträglichkeit) verbessert werden.By providing the at least one bridging resistor, the component stress within the battery system can also be reduced, for example by charging peaks in Y capacitors being able to be reduced. In addition, the EMC behavior (EMC for electromagnetic compatibility) can be improved.

Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der mittels des Überbrückungswiderstands überbrückte Schalter dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Reihenschaltung miteinander zu verschalten. Die bei geöffnetem Schalter an diesem maximal auftretende Potentialdifferenz kann durch das Vorsehen des Überbrückungswiderstands erheblich reduziert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung ausschließlich dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Reihenschaltung miteinander zu verschalten, insbesondere ausschließlich über den mittels des Überbrückungswiderstands überbrückten Schalter. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Schaltungsanordnung innerhalb des Batteriesystems, da die Batterieblöcke lediglich getrennt oder in Reihenschaltung miteinander verschaltet werden können.A possible embodiment of the invention provides that the switch bridged by means of the bridging resistor is designed to connect the battery blocks to one another in a series connection. The potential difference that occurs at the maximum when the switch is open can be significantly reduced by providing the bridging resistor. Provision can also be made for the switching device to be designed exclusively for connecting the battery blocks to one another in series, in particular exclusively via the switch bridged by means of the bridging resistor. This results in a particularly simple circuit arrangement within the battery system, since the battery blocks can only be connected to one another separately or in series.

Eine alternative mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der mittels des Überbrückungswiderstands überbrückte Schalter zusammen mit einem zweiten Schalter der Schaltungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Parallelschaltung miteinander zu verschalten, wobei die Schaltungseinrichtung einen dritten Schalter aufweist, der dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Reihenschaltung miteinander zu verschalten. Die drei Schalter sind dabei in jeweils unterschiedlichen Zweigen angeordnet. Mittels der insgesamt drei Schalter ist es also möglich, die Batterieblöcke einerseits in Parallelschaltung und andererseits in Reihenschaltung miteinander zu verschalten. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, mittels der Schalter die Batterieblöcke vollständig elektrisch voneinander zu trennen. Durch das Überbrücken des Schalters mittels des Überbrückungswiderstands ist es möglich, die über diesem Schalter in geöffnetem Zustand abfallende bzw. auftretende Potentialdifferenz erheblich zu verringern im Vergleich zu einem Fall, in dem der Überbrückungswiderstand nicht vorgesehen wäre. Dies trägt wiederum ebenfalls dazu bei, das Batteriesystem besonders sicher zu gestalten, wobei der Bauteilstress innerhalb des Batteriesystems ebenfalls reduziert werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, das EMV-Verhalten des Batteriesystems dadurch zu verbessern.An alternative possible embodiment of the invention provides that the switch bridged by means of the bridging resistor is designed together with a second switch of the circuit device to connect the battery blocks to one another in parallel, with the circuit device having a third switch which is designed to switch the battery blocks to be connected in series. The three switches are each arranged in different branches. By means of the total of three switches, it is therefore possible to connect the battery blocks to one another in a parallel connection on the one hand and in a series connection on the other hand. In addition, it is of course also possible to completely electrically separate the battery blocks from one another by means of the switches. By bridging the switch by means of the bridging resistor, it is possible to significantly reduce the potential difference dropping or occurring across this switch in the open state compared to a case in which the bridging resistor would not be provided. This in turn also contributes to making the battery system particularly safe, with the component stress within the battery system also being able to be reduced. In addition, it is also possible to improve the EMC behavior of the battery system.

In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Schalter mittels eines zweiten Überbrückungswiderstands überbrückt ist. Es können also beide Schalter, die dazu ausgelegt sind, gemeinsam die Batterieblöcke in Parallelschaltung miteinander zu verschalten, mittels jeweiliger Überbrückungswiderstände überbrückt sein. Dadurch können die jeweiligen über den Schaltern im geöffneten Zustand abfallenden Potentialdifferenzen nochmals reduziert werden.In a further possible embodiment of the invention, provision is made for the second switch to be bypassed by means of a second bypass resistor. Both switches, which are designed to jointly connect the battery blocks to one another in a parallel circuit, can therefore be bridged by means of respective bridging resistors. As a result, the respective potential differences dropping across the switches in the open state can be further reduced.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der dritte Schalter mittels eines dritten Überbrückungswiderstands überbrückt ist. Der dritte Schalter, der dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke in Reihenschaltung miteinander zu verschalten, kann also ebenfalls mit einem Überbrückungswiderstand überbrückt sein. In geöffnetem Zustand des dritten Schalters ist es dadurch möglich, mittels des dritten Überbrückungswiderstands dafür zu sorgen, dass die am dritten Schalter auftretende Potentialdifferenz reduziert werden kann im Vergleich zu einem Fall, in dem der dritte Schalter nicht mittels des dritten Überbrückungswiderstands überbrückt wäre. Dies trägt ebenfalls zur Sicherheit im Fehlerfall bei, der Bauteilstress kann entsprechend reduziert werden, wobei zudem das EMV-Verhalten ebenfalls dadurch verbessert werden kann.According to a further possible embodiment of the invention, it is provided that the third switch is bypassed by means of a third bypass resistor. The third switch, which is designed to connect the battery blocks to one another in series, can also be bridged with a bridging resistor. When the third switch is open, it is possible to use the third bridging resistor to ensure that the potential difference occurring at the third switch can be reduced compared to a case in which the third switch would not be shunted using the third bridging resistor. This also contributes to safety in the event of a fault, the component stress can be reduced accordingly, and the EMC behavior can also be improved as a result.

In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in zumindest einem der Zweige, in denen einer der Überbrückungswiderstände angeordnet ist, ein Schalter zum Öffnen und Schließen des Zweigs vorgesehen ist. Sind also mehrere Überbrückungswiderstände vorgesehen, können diesen jeweilige Schalter vorgeschaltet sein. So ist es möglich, im Bedarfsfall zu entscheiden, welche der Überbrückungswiderstände auch tatsächlich zum Überbrücken der jeweiligen Schalter verwendet werden sollen. Beispielsweise ist es möglich, dass alle drei Schalter mit Überbrückungswiderständen überbrückt werden können, wobei in den jeweiligen Zweigen der Überbrückungswiderstände jeweils nochmals gesonderte Schalter vorgesehen sein können, die geöffnet und geschlossen werden können, um dafür zu sorgen, dass die Überbrückungswiderstände zum Überbrücken verwendet werden oder nicht. Dadurch ergibt sich eine entsprechend erhöhte Flexibilität beim Einsatz der jeweiligen Überbrückungswiderstände.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that a switch for opening and closing the branch is provided in at least one of the branches in which one of the bridging resistors is arranged. So if several bridging resistors are provided, these respective switches can be connected upstream. It is thus possible, if necessary, to decide which of the bridging resistors should actually be used for bridging the respective switch. For example, it is possible that all three switches can be bridged with bridging resistors, with separate switches being provided in the respective branches of the bridging resistors, which can be opened and closed to ensure that the bridging resistors are used for bridging or not. This results in a correspondingly increased flexibility when using the respective bridging resistors.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltungseinrichtung außerhalb vom Batteriegehäuse angeordnet ist. Insbesondere können der Schalter oder die Schalter der Schaltungseinrichtung außerhalb vom Batteriegehäuse angeordnet sein. Die am Schalter oder den Schaltern auftretenden Potentialdifferenzen treten dadurch nicht innerhalb des Batteriegehäuses auf, was zu einer Erhöhung der Sicherheit des Batteriesystems beitragen kann. Die Schaltungseinrichtung und deren Schalter kann bzw. können beispielsweise in einer sogenannten S-Box untergebracht sein. Unter der S-Box ist insbesondere eine Hochvolt-Schaltbox zu verstehen. Die Hochvolt-Schaltbox dient insbesondere als Schnittstelle zwischen der Antriebsbatterie und einem Traktionsbordnetz. Darüber hinaus ist es möglich, dass in der Hochvolt-Schaltbox Mess- und Steuerungselektronik verbaut ist, beispielsweise inklusive Strom- und Spannungssensoren sowie einem Batteriemanagementsystem.A further possible embodiment of the invention provides that the switching device is arranged outside of the battery housing. In particular, the switch or switches of the switching device can be arranged outside of the battery housing. As a result, the potential differences occurring at the switch or switches do not occur within the battery housing, which can contribute to increasing the safety of the battery system. The switching device and its switch can be accommodated in a so-called S-Box, for example. Under the S-Box, in particular, is a high-voltage to understand the switch box. The high-voltage switch box serves in particular as an interface between the drive battery and a traction on-board network. It is also possible for measurement and control electronics to be installed in the high-voltage switch box, including current and voltage sensors and a battery management system, for example.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schalter oder die Schalter Schütze sind. Zumindest der Schalter oder die Schalter, die zum Parallelschalten oder in Reihe Schalten der Batterieblöcke dienen, können also als Schütze ausgebildet sein. Dadurch können besonders hohe auftretende Spannungen und elektrische Leistungen zuverlässig mittels der Schalter gehandhabt werden, die beim elektrischen Verbinden und Trennen der Batterieblöcke auftreten können. Bei dem Schütz bzw. den Schützen kann es sich sowohl um elektrische als auch um elektromagnetisch betätigte Schalter handeln.Another possible embodiment of the invention provides that the switch or switches are contactors. At least the switch or switches that are used to connect the battery blocks in parallel or in series can therefore be designed as contactors. As a result, particularly high voltages and electrical power levels that occur can be reliably handled by means of the switches, which can occur when the battery blocks are electrically connected and disconnected. The contactor or contactors can be either electrical or electromagnetically operated switches.

Schließlich sieht eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Batteriesystem eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Batterieblöcke zum Laden der Antriebsbatterie parallel zur Energieversorgung des Kraftfahrzeugs in Serie zu schalten. Dadurch ist es möglich, beim Laden der Antriebsbatterie mittels dieser besonders viel Leistung aufzunehmen. Wohingegen es bei der Energieversorgung des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebsbatterie durch Serienschaltung der Batterieblöcke möglich ist, eine besonders hohe Systemspannung bereitzustellen.Finally, a further possible embodiment of the invention provides that the battery system has a control device which is set up to connect the battery blocks in series in parallel with the energy supply of the motor vehicle for charging the drive battery. This makes it possible to use this to absorb a particularly large amount of power when charging the drive battery. On the other hand, when the motor vehicle is supplied with energy by means of the drive battery, it is possible to provide a particularly high system voltage by connecting the battery blocks in series.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Beschreibung möglicher Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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 can result from the following description of possible exemplary embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.

Figurenlistecharacter list

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend zwei in einem Batteriegehäuse angeordnete Batterieblöcke, die mittels eines Schalters in Reihe geschaltet und voneinander getrennt werden können, wobei ein Überbrückungswiderstand den Schalter überbrückt;
  • 2 eine zweite Ausführungsform des Batteriesystems, wobei noch zwei weitere Schalter vorgesehen sind, die dazu dienen, die Batterieblöcke in Parallelschaltung miteinander zu verschalten, wobei einer der zum Parallelschalten dienenden Schalter mittels eines Überbrückungswiderstands überbrückt ist;
  • 3 eine dritte Ausführungsform des Batteriesystems, das sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, dass der Überbrückungswiderstand an dem anderen Schalter angeordnet ist, der zum Parallelschalten der Batterieblöcke dient.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of a battery system for an electrically drivable motor vehicle, comprising two battery blocks arranged in a battery housing, which can be connected in series and separated from one another by means of a switch, with a bridging resistor bridging the switch;
  • 2 a second embodiment of the battery system, wherein two further switches are provided, which are used to connect the battery blocks to one another in parallel, one of the switches used for parallel switching being bypassed by means of a bridging resistor;
  • 3 a third embodiment of the battery system, which differs from that in 2 shown embodiment differs only in that the bridging resistor is arranged on the other switch, which is used for parallel connection of the battery blocks.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.Elements that are the same or have the same function have been provided with the same reference symbols in the figures.

Ein Batteriesystem 10 ist schematisch in 1 dargestellt. Das Batteriesystem 10 kann insbesondere für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgelegt sein. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Antriebsbatterie 12 mit zwei in einem Batteriegehäuse 14 angeordneten Batterieblöcken 16, 18, die jeweils miteinander verschaltet sind und hier nicht näher dargestellte Batteriezellen aufweisen. Außerhalb des Batteriegehäuses 14 und innerhalb einer Hochvolt-Schaltbox 20 ist ein Schalter 22 vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke 16, 18 in Reihenschaltung miteinander zu verschalten und diese auch wieder voneinander zu trennen. Abweichend von der Darstellung in dieser und den nachfolgenden Figuren kann die Hochvolt-Schaltbox 20 auch innerhalb des Batteriegehäuses 14 liegen oder auch ohne eigenes Gehäuse Teil des Batteriesystems 10 sein. Des Weiteren ist ein Überbrückungswiderstand 24 vorgesehen, der den Schalter 22 überbrückt. Neben dem Schalter 22 und dem Überbrückungswiderstand 24 sind innerhalb der Hochvolt-Schaltbox 20 noch folgende Komponenten angeordnet; ein Messwiderstand 26, zwei Isolationswiderstände 28 und zwei Kapazitäten 30.A battery system 10 is shown schematically in 1 shown. The battery system 10 can be designed in particular for an electrically driven motor vehicle. The battery system 10 includes a drive battery 12 with two arranged in a battery housing 14 battery blocks 16, 18, which are each connected to each other and have battery cells not shown here. Outside the battery housing 14 and inside a high-voltage switch box 20, a switch 22 is provided, which is designed to connect the battery blocks 16, 18 to one another in series and also to separate them from one another again. Deviating from the representation in this and the following figures, the high-voltage switch box 20 can also be located inside the battery housing 14 or can also be part of the battery system 10 without its own housing. Furthermore, a bridging resistor 24 is provided, which bridges the switch 22 . In addition to the switch 22 and the bridging resistor 24, the following components are also arranged within the high-voltage switch box 20; a measuring resistor 26, two insulation resistors 28 and two capacitances 30.

Die Batterieblöcke 16, 18 können beispielsweise jeweils für sich genommen eine Spannung von 400 V aufweisen. Durch Schließen des Schalters 22 können die beiden Batterieblöcke 16, 18 also in Reihe geschaltet werden, wodurch die Systemspannung der Antriebsbatterie 12 auf 800 V eingestellt werden kann. Ohne das Vorsehen des Überbrückungswiderstands 24 würde bei geöffnetem Schalter 22 das maximal mögliche Potential der Antriebsbatterie 12, beim vorliegenden Zahlenbeispiel, also in Höhe von 800 V über dem Schalter 22 anfallen.The battery blocks 16, 18 can each have a voltage of 400 V, for example. By closing the switch 22, the two battery blocks 16, 18 can be connected in series, so that the system voltage of the drive battery 12 can be set to 800V. Without the provision of the bridging resistor 24, the maximum possible potential of the drive battery 12 would occur across the switch 22 when the switch 22 is open, in the present numerical example, that is, at the level of 800 V.

Durch das Vorsehen des Überbrückungswiderstands 24 kann die maximal auftretende Potentialdifferenz über dem geöffneten Schalter 22 erheblich reduziert werden. Weist der Überbrückungswiderstand 24 beispielsweise 2 MΩ Widerstand auf, so kann die maximal auftretende Potentialdifferenz über dem geöffneten Schalter 22 auf die halbe Systemspannung reduziert werden, bei vorliegendem Zahlenbeispiel also auf 400 V.By providing the bridging resistor 24, the maximum potential difference that occurs across the open switch 22 can be significantly reduced. If the bridging resistor 24 is 2 MΩ, for example resistance, the maximum potential difference occurring across the open switch 22 can be reduced to half the system voltage, i.e. to 400 V in the numerical example presented here.

In 2 ist eine weitere mögliche Ausführungsform des Batteriesystems 10 gezeigt. Im hier gezeigten Fall sind noch zwei weitere Schalter 32, 34 vorgesehen, die zusammen dazu ausgelegt sind, die Batterieblöcke 16, 18 in Parallelschaltung miteinander zu verschalten. Im hier gezeigten Fall fungiert der Schalter 22 wiederum dazu, die Batterieblöcke 16, 18 in Reihenschaltung miteinander zu verschalten. Allerdings ist hier der Überbrückungswiderstand 24 parallel zum Schalter 32 angeordnet, überbrückt also diesen.In 2 another possible embodiment of the battery system 10 is shown. In the case shown here, two further switches 32, 34 are provided, which together are designed to connect the battery blocks 16, 18 to one another in a parallel circuit. In the case shown here, the switch 22 in turn functions to connect the battery blocks 16, 18 to one another in series. However, here the bypass resistor 24 is arranged parallel to the switch 32, ie bypasses it.

Wie zu erkennen, sind die drei Schalter 22, 32, 34 in jeweils unterschiedlichen Zweigen angeordnet. Sind die Schalter 32, 34 geschlossen und der Schalter 22 geöffnet, sind die Batterieblöcke 16, 18 parallel miteinander verschaltet. Sind die Schalter 32, 34 hingegen geöffnet und der Schalter 22 geschlossen, so sind die Batterieblöcke 16, 18 in Reihe miteinander verschaltet. Im hier gezeigten Fall sorgt der Überbrückungswiderstand 24 dafür, dass die über dem geöffneten Schalter 32 auftretende Potentialdifferenz reduziert werden kann gegenüber dem Fall, dass der Überbrückungswiderstand 24 nicht vorhanden wäre. Der durch den Überbrückungswiderstand 24 fließende Ruhestrom ist dabei aufgrund der Ausgestaltung der Schaltung etwas geringer als bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.As can be seen, the three switches 22, 32, 34 are each arranged in different branches. If the switches 32, 34 are closed and the switch 22 is open, the battery blocks 16, 18 are connected to one another in parallel. However, if the switches 32, 34 are open and the switch 22 is closed, the battery blocks 16, 18 are connected to one another in series. In the case shown here, the bridging resistor 24 ensures that the potential difference occurring across the open switch 32 can be reduced compared to the case where the bridging resistor 24 were not present. The quiescent current flowing through the bridging resistor 24 is somewhat lower than in the case of FIG 1 shown embodiment.

In 3 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung des Batteriesystems 10 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform lediglich durch die Anordnung des Überbrückungswiderstands 24, der im hier gezeigten Fall den Schalter 34 und nicht den Schalter 32 überbrückt.In 3 a further possible configuration of the battery system 10 is shown. This embodiment differs from that in 2 shown embodiment only by the arrangement of the bypass resistor 24, the switch 34 and not the switch 32 bypassed in the case shown here.

Darüber hinaus wäre es möglich, weitere solche Überbrückungswiderstände 24 auch an den übrigen Schaltern 22, 32 vorzusehen. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung bzw. Ausführungsform des Batteriesystems 10 kann es insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei den Schaltern 22, 32, 34 um Schütze handelt. In den Zweigen der jeweiligen Überbrückungswiderstände 24 können zudem noch weitere hier nicht näher dargestellte Schalter zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Zweigs vorgesehen sein. Insbesondere wenn mehrere solcher Überbrückungswiderstände 24 vorgesehen sind, ist es über die hier nicht dargestellten weiteren Schalter in den Zweigen der Überbrückungswiderstände 24 möglich, diese je nach Bedarf gesondert zuzuschalten oder wegzuschalten.In addition, it would be possible to provide further such bridging resistors 24 on the remaining switches 22, 32. Regardless of the specific configuration or embodiment of the battery system 10, it can be provided in particular that the switches 22, 32, 34 are contactors. In the branches of the respective bridging resistors 24, additional switches (not shown here) for opening and closing the respective branch can also be provided. In particular if several such bridging resistors 24 are provided, it is possible via the additional switches in the branches of the bridging resistors 24, which are not shown here, to switch them on or off separately as required.

Darüber hinaus kann das Batteriesystem 10 eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Batterieblöcke 16, 18 zum Laden der Antriebsbatterie 12 parallel und zur Energieversorgung des Kraftahrzeugs in Serie zu schalten. Durch Parallelschalten der Batterieblöcke 16, 18 ist es möglich, eine besonders hohe Leistung beim Laden aufzunehmen. Durch Serienschaltung der Batterieblöcke 16, 18 kann die Systemspannung entsprechend erhöht werden, nämlich im Vergleich zur Parallelschaltung der Batterieblöcke 16, 18 aufs Doppelte.In addition, the battery system 10 can have a control device, not shown in detail here, which is set up to connect the battery blocks 16, 18 in parallel to charge the drive battery 12 and in series to supply energy to the motor vehicle. By connecting the battery blocks 16, 18 in parallel, it is possible to absorb a particularly high level of power when charging. By connecting the battery blocks 16, 18 in series, the system voltage can be correspondingly increased, namely doubled in comparison to connecting the battery blocks 16, 18 in parallel.

Durch das Vorsehen des wenigstens einen Überbrückungswiderstands 24 ist es möglich, die im Batteriesystem 10 maximal auftretende Potentialdifferenz über den entsprechenden Schaltern 22, 32 bzw. 34 entsprechend stark zu reduzieren. Dadurch kann die Sicherheit im Fehlerfall des Batteriesystems 10 erhöht werden. Darüber hinaus kann der Bauteilstress reduziert und das EMV-Verhalten verbessert werden.By providing the at least one bridging resistor 24, it is possible to reduce the maximum potential difference occurring in the battery system 10 across the corresponding switches 22, 32 and 34 accordingly. As a result, safety in the event of a fault in the battery system 10 can be increased. In addition, component stress can be reduced and EMC behavior improved.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Batteriesystembattery system
1212
Antriebsbatterietraction battery
1414
Batteriegehäusebattery case
1616
Batterieblockbattery pack
1818
Batterieblockbattery pack
2020
Hochvolt-SchaltboxHigh-voltage switch box
2222
SchalterSwitch
2424
Überbrückungswiderstandbypass resistor
2626
Messwiderstandmeasuring resistor
2828
Isolationswiderstandinsulation resistance
3030
Kapazitätcapacity
3232
SchalterSwitch
3434
SchalterSwitch

Claims (9)

Batteriesystem (10) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend - eine Antriebsbatterie (12) mit wenigstens zwei in einem Batteriegehäuse (14) angeordneten Batterieblöcken (16, 18), die jeweils miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisen; - eine Schaltungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke (16, 18) in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung miteinander zu verschalten und diese voneinander zu trennen; - einen Überbrückungswiderstand (24), der einen Schalter (22, 32, 34) der Schaltungseinrichtung überbrückt.Battery system (10) for an electrically drivable motor vehicle, comprising - A drive battery (12) with at least two in a battery housing (14) arranged battery blocks (16, 18) each having interconnected battery cells; - A switching device which is designed to connect the battery blocks (16, 18) to one another in a series connection and/or in parallel and to separate them from one another; - a bypass resistor (24) which bypasses a switch (22, 32, 34) of the switching device. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels des Überbrückungswiderstands (24) überbrückte Schalter (22) dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke (16, 18) in Reihenschaltung miteinander zu verschalten.Battery system (10) according to claim 1 , characterized in that the means of the bridging resistor (24) bypassed switch (22) is designed to connect the battery blocks (16, 18) in series with each other. Batteriesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der mittels des Überbrückungswiderstands (24) überbrückte Schalter (32) zusammen mit einem zweiten Schalter (34) der Schaltungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke (16, 18) in Parallelschaltung miteinander zu verschalten; - die Schaltungseinrichtung einen dritten Schalter (22) aufweist, der dazu ausgelegt ist, die Batterieblöcke (16, 18) in Reihenschaltung miteinander zu verschalten; - die drei Schalter (22, 32, 34) in jeweils unterschiedlichen Zweigen angeordnet sind.Battery system (10) according to claim 1 , characterized in that - the by means of the bridging resistor (24) bridged switch (32) is designed together with a second switch (34) of the switching device to connect the battery blocks (16, 18) in parallel with each other; - The switching device has a third switch (22) which is designed to connect the battery blocks (16, 18) to one another in series; - The three switches (22, 32, 34) are arranged in different branches. Batteriesystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter (34) mittels eines zweiten Überbrückungswiderstands überbrückt ist.Battery system (10) according to claim 3 , characterized in that the second switch (34) is bypassed by means of a second bypass resistor. Batteriesystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schalter (22) mittels eines dritten Überbrückungswiderstands überbrückt ist.Battery system (10) according to claim 3 or 4 , characterized in that the third switch (22) is bypassed by means of a third bypass resistor. Batteriesystem (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Zweige, in denen einer der Überbrückungswiderstände (24) angeordnet ist, ein Schalter zum Öffnen und Schließen des Zweigs vorgesehen ist.Battery system (10) according to claim 4 or 5 , characterized in that in at least one of the branches in which one of the bridging resistors (24) is arranged, a switch for opening and closing the branch is provided. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungseinrichtung außerhalb vom Batteriegehäuse (14) angeordnet ist.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device is arranged outside of the battery housing (14). Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter oder die Schalter (22, 32, 34) Schütze sind.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switch or switches (22, 32, 34) are contactors. Batteriesystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (10) eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Batterieblöcke (16, 18) zum Laden der Antriebsbatterie (12) parallel und zur Energieversorgung des Kraftfahrzeugs in Serie zu schalten.Battery system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery system (10) has a control device which is set up to charge the battery blocks (16, 18) in parallel for charging the drive battery (12) and in series for supplying energy to the motor vehicle to switch.
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