WO2014191135A1 - Modultrennung in batteriesystemen bei unfällen - Google Patents

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WO2014191135A1
WO2014191135A1 PCT/EP2014/057646 EP2014057646W WO2014191135A1 WO 2014191135 A1 WO2014191135 A1 WO 2014191135A1 EP 2014057646 W EP2014057646 W EP 2014057646W WO 2014191135 A1 WO2014191135 A1 WO 2014191135A1
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battery system
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Stephan Woeber
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to electric or hybrid vehicle technology.
  • the present invention relates to battery system technology for electric and hybrid vehicles. Further particularly, the present invention relates to a battery system for a vehicle and a vehicle, in particular electric or hybrid vehicle.
  • Traction batteries are regularly built with a high system voltage in order to realize the required drive power with the lowest possible currents and thus small cable cross-sections or ohmic losses. These battery systems are often in or directly below the
  • Salvage forces come, whereby these may be restrained in their use, in particular with regard to the use of extinguishing water and / or heavy salvage equipment, and in particular the principle of intrinsic safety before salvage follow. Disclosure of the invention
  • an improved battery system for vehicles in particular electric or
  • a battery system for a vehicle and a vehicle, in particular electric or hybrid vehicle according to the independent
  • Hybrid vehicles can be used as a large single module e.g. be housed in the sandwich floor or rear of the vehicle, or consisting of several individual modules distributed in the vehicle. It is regularly well protected for normal operation.
  • Battery management systems are used which, on the one hand, monitor single cells for overcharging during charging or recuperation, e.g. by over-voltage monitoring,
  • the single cell monitoring may be monitoring for a
  • the vehicle body may continue to detect insulation failure of lines, in which case the vehicle may be electronically fused for re-commissioning.
  • fuses are regularly provided within a battery system, which short-circuit on the battery cables or in the
  • battery systems for electric or hybrid vehicles are designed as a plurality of battery modules, which are connected in series.
  • the individual battery modules are self-contained or (hermetically) sealed housing, which in an undamaged state provide protection against contact with live parts and also against the ingress of water or extinguishing water.
  • Battery module is internally constructed mostly as a plurality of individual battery cells, for example, six cells in series, and has a module voltage of, for example, full charge of e.g. 24V up.
  • a plurality of such battery modules are subsequently also connected in series to form a battery system. For example, twelve such battery modules can be connected in series and thus achieve a total voltage of about 300 V.
  • the wiring of the individual battery modules with each other is done regularly by external conductor elements connected to terminal terminals of the individual battery modules, for example, properly screwed. These conductor elements can also be protected with respect to contact and liquid.
  • Resistant starter batteries are used in trucks, salvagers are familiar and skilled in dealing with such voltages. Only the series connection of a plurality of battery modules, which only results in a comparatively high voltage of, for example, 300 V, represents an increased and unfamiliar hazard potential.
  • Battery module voltages are present in the vehicle.
  • Battery modules provided separation elements that trigger in case of accidents, reliably prevent the flow of electricity and thus the series connection of
  • Interrupt battery modules By introducing separating elements, which in particular trigger only in the event of serious accidents, the voltage of the battery system is thus reduced to the level of the individual battery modules, which only results in a low voltage which is harmless for contact or arcing.
  • the effected triggering of the separating elements is preferably made visible by a display device to the outside, so that deletion or recovery forces can visually assure that the separating elements have actually triggered and thus prevail in the interior of the vehicle only more harmless voltage conditions.
  • a visualization increases the objective safety of the occupants of a vehicle or the subjective safety of the extinguishing and recovery forces. Thus it can be read from outside the vehicle, whether the safety device has triggered and the vehicle is thus substantially free of stress.
  • such a separating element Due to the accident scenarios in which such a separating element triggers regularly, can be provided in particular that the separating elements only have to trigger once or can, thus trigger irreversible. In this way, such a separating element can have a construction which is particularly suitable for the single triggering and can therefore be constructed in a particularly simple manner be. This makes it possible in particular a comparatively lower
  • Such a construction may also be suitable for extinguishing an arc or for the preferred waterproof design of a separating element.
  • Separating elements can be triggered in the vehicle via their own control devices or a separate control unit. Alternatively, e.g. to
  • the triggering device for airbags or the coupled accident detection can be used to make, for example, via or parallel to the airbag control unit, the release of the separating elements.
  • the same control unit can also be used subsequently to provide a display element at a suitable point in the vehicle, for example in the windshield area next to the A-pillar or in the side window area of the driver, which is a safe state for extinguishing and salvaging forces or generally to the outside , thus signaled a battery system with separate battery modules.
  • the separating elements are either in the
  • the disconnectors can be triggered by their own control unit, via the battery control unit (BCU) or the airbag control unit.
  • this controller is powered by a conventional 12V / 24V energy storage, thus the car battery, with energy even during the accident.
  • the triggering of the separating element may preferably be ensured.
  • energy storage in the control unit for example by suitable capacitor elements, for
  • the separating elements can be designed as electromechanical or pyrotechnic separating devices. Especially with non-reversible
  • electromechanical separating elements not to overload, they can be triggered one after the other.
  • the required tripping energy is usually comparatively low, so that they are preferably triggered substantially simultaneously.
  • Separating elements 6 may be formed, for example, as a known pyrotechnic switch, in which by an explosive charge a conductive
  • an electromechanical separating element may be provided in which the function of the explosive charge is realized by the attractive or repulsive effect of an electromagnet on another element.
  • the separating elements are only after opening the
  • Line interruption are dimensioned and thus designed to be correspondingly small.
  • Release speed requirements generally may not be as high as, for example, deployment of airbag systems.
  • Battery system can be activated only after the triggering of the airbags in a vehicle to thereby also avoid an energetic overload of the vehicle systems.
  • Such a downstream triggering may also allow the use of electromechanical switches as separating elements.
  • the accident detection may be done via its own sensors, in the battery control unit or using an accident detection of a central engine control unit or airbag control unit.
  • the penetration of water into the area of the battery system is to be detected by suitably mounted sensors and evaluated as in an accident.
  • the information regarding an accident or accident and the resulting action to be taken over a vehicle data bus, such as a CAN bus, are transmitted to the ultimately triggering controller.
  • the display of the release of the separating elements and thus the safety of the battery system may preferably be carried out using a non-reversible display element, so that the display of the safe state is not accidentally deleted or disabled due to accident or again.
  • the display of the triggering is thus preferably permanent and in particular mechanically operated and can in particular also the same
  • Use trigger mechanism such as a pyrotechnic
  • the display is attached to a suitable location in the vehicle visible to the outside.
  • the separating elements can be designed such that a triggering that has taken place can be detected by an optical display on the element itself and / or by evaluation of the changed control properties on the triggering lines or by a separate sensor line (for example, separation of a sensor line)
  • This may facilitate maintenance or replacement of the partitions after a damage event.
  • the vehicle electronics has a suitable
  • Monitoring device for example in a control unit, for
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a drive system for
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a drive system for a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • an electric machine 12 is provided using elements 11a-c, for example 12V battery IIa, power converter IIb and connection elements or battery contactor 11c. Further provided are exemplary for the engine and vehicle control responsible control devices
  • BCU battery control unit
  • ECU electronic control unit
  • ICE Internal Combustion Engine
  • range extender engine 12 is connected.
  • a battery system 2 As energy storage of the vehicle, a battery system 2 is provided, which is composed of a plurality of battery modules 4. By way of example, this battery system 2 is connected to battery contactor 11c using a fuse 18, which supplies the electric machine 10 with energy for the vehicle drive using the converter IIb. According to the invention, between the individual battery modules 4 of the battery system 2
  • Separating elements 6 are arranged, which suitably e.g. be connected to the battery control unit 8a and controlled by this, so that in an accident, a separation of the serial connection of the battery modules 4 is possible or controlled by this is triggered.
  • the battery control unit 8a may receive information relating to an accident scenario from another control device of the vehicle, for example an airbag control unit, via a data bus 14 (for example CAN bus).
  • the connection of the battery system 2 to the vehicle can in turn be separated from the vehicle itself by dividing elements 6, which are arranged as an example outside the battery system in FIG. 1. Likewise, these separating elements can also be connected to the outwardly directed connections of the
  • Battery system 2 may be arranged in the housing.
  • Display element 16 is shown only schematically in FIG. Display element 16 is preferably arranged in the vehicle at an externally suitably visible location around the outside, in particular not reversibly
  • rescue or rescue forces can read from this information displayed on the display element 16 to what extent a potentially life-threatening high voltage of the battery system 2 can be converted into substantially harmless individual voltages of the individual battery modules 4
  • FIG. 2 a shows an exemplary detail of battery system 2 with two battery modules 4.
  • the serial connection of battery modules 4 can be clearly seen in FIG. 2 a.
  • separating elements 6 are arranged, for example, inside a battery module 4, thus inside its sealed housing.
  • six battery cells are arranged by way of example, which are also connected in series and together provide the voltage of a battery module 4, for example, 12V or 24V.
  • Control lines for triggering the separating elements 6 are shown in FIG. 2a
  • FIG. 2b differs from FIG. 2a essentially only in that the separating elements 6 are arranged outside the individual battery modules 4.
  • the battery modules 4 thus correspond essentially to conventional ones
  • FIG. 2c shows an embodiment of a conductor element 20 with a separating element 6.
  • the conductor element 20 provided with an eyelet 22 for screw connection to a battery module 4, can be mounted in a housing in the cable element 20
  • Separating element 6 may be provided, which in turn is suitably controllable in order to separate the conductive connection in an accident case.
  • Such cable elements can be used for (retrofitting) conversion of a conventional battery system.

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Abstract

Batteriesystem (2) für ein Fahrzeug, aufweisend zumindest zwei Batteriemodule (4), wobei die Batteriemodule (4) in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (2) weiterhin aufweist ein Trennelement (6), wobei das Trennelement (6) in Serie zwischen den Batteriemodulen (4) angeordnet ist, wobei das Trennelement (6) eingerichtet ist, in einem regulären Betrieb des Fahrzeuges eine im Wesentlichen verlustfreie leitfähige Verbindung bereitzustellen und wobei das Trennelement (6) derart eingerichtet ist, so dass bei einem Unfallereignis die leitfähige Verbindung zwischen den Batteriemodulen (4), insbesondere nicht-reversibel, unterbrechbar ist.

Description

Modultrennung in Batteriesystemen bei Unfällen
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektro- bzw. Hybridfahrzeugtechnologie.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Batteriesystemtechnologie für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriesystem für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Stand der Technik
Batteriesysteme für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge, somit deren
Traktionsbatterien, werden regelmäßig mit einer hohen Systemspannung aufgebaut, um die benötigte Antriebsleistung mit möglichst geringen Strömen und damit kleinen Leitungsquerschnitten bzw. ohmschen Verlusten realisieren zu können. Diese Batteriesysteme werden häufig in oder direkt unter der
Fahrgastzelle bzw. im Motorraum untergebracht. Bei Unfällen können dadurch Insassen des Fahrzeuges, beispielsweise der Fahrer, sowie Bergungskräfte der Gefahr von hohen Gleichspannungen ausgesetzt sein. Weiterhin mag eine hohe Spannung zu einer Lichtbogenbildung führen, die meist nicht selbstlöschend ist. Durch die Hitzeentwicklung können Folgebrände entstehen, oder es kann zum Verdampfen von großen Mengen metallischen Materials kommen. Insbesondere relevant ist dabei die vergleichsweise große gespeicherte Energiemenge in einem Batteriesystem für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge.
In einem Unfallszenario kann es somit zu Verunsicherung bei Lösch- bzw.
Bergungskräften kommen, wodurch diese möglicherweise zurückhaltend sind in ihrem Einsatz, insbesondere bezüglich des Einsatzes von Löschwasser und/oder schwerem Bergungsgerät, und insbesondere das Prinzip der Eigensicherheit vor Bergung befolgen. Offenbarung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung mag darin gesehen werden, ein verbessertes Batteriesystem für Fahrzeuge, insbesondere Elektro- oder
Hybridfahrzeuge bereitzustellen.
Demgemäß wird ein Batteriesystem für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug gemäß den unabhängigen
Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Batteriesystem für den Antrieb (Traktionsbatterie) von Elektro- bzw.
Hybridfahrzeugen kann als großes Einzelmodul z.B. im Sandwich-Boden oder Fond des Fahrzeugs, oder aus mehreren Einzelmodulen bestehend im Fahrzeug verteilt untergebracht werden. Es ist regelmäßig für den Normalbetrieb gut abgesichert. Es kommen Batteriemanagementsysteme zur Verwendung, die einerseits Einzelzellenüberwachung bezüglich einer Überladung bei Ladung bzw. Rekuperation, z.B. durch Überspannungsüberwachung, bereitstellen,
andererseits eine Temperaturüberwachung der Module ermöglichen, um so eine thermische Überlastung der Zellen im Normalbetrieb zu verhindern. Weiterhin mag die Einzelzellenüberwachung eine Überwachung bezüglich einer
Unterspannung bereitstellen, um somit eine Tiefenentladung zu verhindern, die möglicherweise zu inneren Kurzschlüssen und damit zu einer Überhitzung der Batteriezellen führen kann. Eine Isolationsprüfung gegenüber der
Fahrzeugkarosserie mag weiterhin einen Isolationsfehler von Leitungen detektieren, in welchem Fall das Fahrzeug gegen Wiederinbetriebnahme elektronisch abgesichert werden kann.
Weiterhin sind regelmäßig innerhalb eines Batteriesystems Schmelzsicherungen vorgesehen, die einen Kurzschluss auf den Batterieleitungen oder im
elektrischen Umrichter absichern. Zusätzlich sind bei bekannten
Batteriesystemen Batterieschütze, elektromagnetische Schalter für
Hochstromanwendungen, vorgesehen, welche im Ruhezustand des Fahrzeuges oder im Fehlerzustand bzw. bei einem Unfall geöffnet werden und dabei die Batterieleitungen im Fahrzeug spannungsfrei schalten. Die vorgenannten Sicherungseinrichtungen greifen jedoch bei einer Zerstörung des Batteriegehäuses, beispielsweise bei einem Unfall oder bei einem Versinken von Fahrzeugen in Gewässern, meist nicht ein. So können durch die Zerstörung des isolierenden Gehäuses bzw. durch das Eindringen von metallischen Karosserieteilen bzw. das Auffalten von Batteriemodulen Kurzschlüsse zwischen den Zellen und Verbindungsleitungen entstehen oder Anschlussleitungen mit hohen Spannungen von der Isolierung freigelegt werden. Andererseits mag durch das Eindringen von Wasser in Batteriemodule eine leitende Verbindung der Zellen herbeigeführt werden. Diese Szenarien können zu einem Kurzschluss mit hohen Spannungen bzw. einer Lichtbogenbildung führen.
Konstruktionstechnisch sind Batteriesysteme für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge, somit deren Traktionsbatterien, als eine Mehrzahl von Batteriemodulen ausgebildet, welche in Serie geschaltet sind. Die einzelnen Batteriemodule sind dabei in sich geschlossene bzw. (hermetisch) dichte Gehäuse, die in einem unbeschädigten Zustand Schutz vor Berührung spannungsführender Teile und auch vor Eindringen von Wasser bzw. Löschwasser bieten. Ein solches
Batteriemodul ist intern meist als eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen, beispielsweise sechs Zellen in Serienschaltung, aufgebaut und weist bei voller Ladung eine Modulspannung von z.B. 24 V auf.
Eine Mehrzahl solcher Batteriemodule wird nachfolgend ebenfalls seriell verschaltet, um ein Batteriesystem auszubilden. Beispielsweise können zwölf solcher Batteriemodule in Serie geschaltet werden und erzielen damit eine Gesamtspannung von ca. 300 V. Die Verdrahtung der einzelnen Batteriemodule untereinander erfolgt dabei regelmäßig durch externe Leiterelemente, die mit Anschlussterminals der einzelnen Batteriemodule verbunden, beispielsweise geeignet verschraubt sind. Diese Leiterelemente können ebenfalls bezüglich Berührung und Flüssigkeit geschützt sein.
Da die Spannung eines einzelnen Batteriemoduls von beispielsweise 24 V im Wesentlichen der Spannung entspricht, wie sie beispielsweise bei
herkömmlichen Starterbatterien in LKWs verwendet wird, sind Bergungskräfte im Umgang mit solchen Spannungen vertraut und geübt. Erst die Serienschaltung einer Mehrzahl von Batteriemodulen, wodurch sich erst eine vergleichsweise hohe Spannung von zum Beispiel 300 V ergibt, stellt ein erhöhtes und ungewohntes Gefahrenpotential dar.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Serienschaltung der
Batteriemodule geeignet aufzubrechen, so dass nur mehr einzelne
Batteriemodulspannungen im Fahrzeug vorliegen.
Erfindungsgemäß werden dabei insbesondere zwischen den einzelnen
Batteriemodulen und von diesen zum Anschluss an das Fahrzeug
Trennelemente vorgesehen, die die serielle Verschaltung der Batteriemodule derart auftrennen, so dass nur mehr die einzelnen Spannungen der
Batteriemodule im Fahrzeug vorliegen. Somit werden zwischen den
Batteriemodulen Trennelemente vorgesehen, die bei Unfällen auslösen, den Stromfluss zuverlässig unterbinden und somit die Serienschaltung der
Batteriemodule unterbrechen. Durch das Einbringen von Trennelementen, die insbesondere nur bei schweren Unfällen auslösen, wird somit die Spannung des Batteriesystems auf das Niveau der einzelnen Batteriemodule reduziert, wodurch nur mehr eine für eine Berührung bzw. bzgl. Lichtbogenbildung ungefährliche Kleinspannung resultiert.
Das erfolgte Auslösen der Trennelemente wird dabei bevorzugt durch eine Anzeigeeinrichtung nach außen sichtbar gemacht, so dass sich Lösch- bzw. Bergungskräfte optisch versichern können, dass die Trennelemente tatsächlich ausgelöst haben und somit im Inneren des Fahrzeuges nur mehr ungefährliche Spannungsverhältnisse vorherrschen. Durch ein solches Sichtbarmachen wird die objektive Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs bzw. die subjektive Sicherheit der Lösch- und Bergungskräfte erhöht. Somit lässt sich von außerhalb des Fahrzeuges ablesen, ob die Sicherungseinrichtung ausgelöst hat und das Fahrzeug damit im Wesentlichen spannungsfrei ist.
Aufgrund der Unfallszenarien, bei denen ein solches Trennelement regelmäßig auslöst, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Trennelemente nur einmalig auslösen müssen bzw. können, somit irreversibel auslösen. Hierdurch kann ein solches Trennelement einen besonders für die einmalige Auslösung geeigneten Aufbau aufweisen und kann dadurch insbesondere einfach aufgebaut sein. Hierdurch lässt sich insbesondere ein vergleichsweise niedriger
Innenwiderstand des Trennelementes und damit geringe Leitungsverluste bei einer vergleichsweise großen Schaltstrecke realisieren. Ein solcher Aufbau mag auch im Weiteren geeignet sein zur Löschung eines Lichtbogens bzw. zur bevorzugten wasserfesten Ausgestaltung eines Trennelementes. Die
Trennelemente können dabei über eigene Steuereinrichtungen bzw. ein separates Steuergerät im Fahrzeug auslösbar sein. Alternativ, z.B. zur
Kostenreduzierung, kann auch die Auslösevorrichtung für Airbags bzw. die daran gekoppelte Unfallerkennung verwendet werden, um beispielsweise über das oder parallel zum Airbag-Steuergerät die Auslösung der Trennelemente vorzunehmen.
Das gleiche Steuergerät kann im Weiteren auch verwendet werden, um an einer geeigneten Stelle im Fahrzeug, beispielsweise im Frontscheibenbereich neben der A-Säule oder im Seitenscheibenbereich des Fahrers, ein Anzeigeelement vorzusehen, das für Lösch- und Bergungskräfte bzw. generell nach außen einen sicheren Zustand, somit ein Batteriesystem mit getrennten Batteriemodulen signalisiert.
Erfindungsgemäß werden die Trennelemente dabei entweder in die
Leiterelemente bzw. die Verbindungsleitungen bzw. deren
Kabelklemmeinrichtungen zwischen unterschiedlichen Batteriemodulen angeordnet oder sind alternativ als integraler Bestandteil eines Batteriemoduls in diesem bzw. in deren Anschlussstücke verbaut.
Die Auslösung der Trennelemente kann durch ein eigenes Steuergerät, über das Batteriesteuergerät (BCU) oder das Airbag-Steuergerät vorgenommen werden.
Bevorzugt wird dieses Steuergerät über einen konventionellen 12V/24V- Energiespeicher, mithin der Autobatterie, mit Energie auch noch während des Unfalls versorgt. Hierdurch mag das Auslösen des Trennelementes bevorzugt sichergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Energiespeicherung im Steuergerät, beispielsweise durch geeignete Kondensatorelemente, zur
Bereitstellung von Auslöseenergie für die Trennelemente vorgesehen sein.
Die Trennelemente können dabei als elektromechanische oder pyrotechnische Trenneinrichtungen ausgebildet sein. Insbesondere bei nicht reversiblen
Trennelementen kann die leitende Verbindung mechanisch verändert bzw.
zerstört werden. Dadurch mag auch insbesondere ausgeschlossen sein, dass die Trennelemente versehentlich wieder in einen geschlossenen Zustand
zurückkehren. Um einen Energiespeicher, insbesondere bei
elektromechanischen Trennelementen, nicht zu überlasten, können diese nacheinander ausgelöst werden. Im Falle von pyrotechnischen Elementen ist die benötigte Auslöseenergie jedoch meist vergleichsweise gering, so dass diese bevorzugt im Wesentlichen gleichzeitig ausgelöst werden.
Trennelemente 6 können beispielsweise als bekannte pyrotechnische Schalter ausgebildet sein, bei welchen durch eine Sprengladung eine leitfähige
Verbindung aufgetrennt, beispielsweise von einem Keilelement durchstoßen wird. Alternativ mag ein elektromechanisches Trennelement vorgesehen sein, bei welchem die Funktion der Sprengladung durch die anziehende bzw. abstoßende Wirkung eines Elektromagneten auf ein weiteres Element realisiert wird.
Vorzugsweise werden die Trennelemente erst nach dem Öffnen der
Batterieschütze aktiviert. In einem solchen Fall, da bereits durch das Öffnen der Batterieschütze ein globaler Stromfluss unterbunden wird, können die
Trennelemente für ein im Wesentlichen stromloses Schalten bzw.
Leitungsunterbrechen dimensioniert werden und damit entsprechend klein ausgelegt sein.
Anforderungen bezüglich Auslösegeschwindigkeit mögen im Allgemeinen nicht derart hoch sein wie beispielsweise für das Auslösen von Airbagsystemen.
Insbesondere mögen die Trennelemente des erfindungsgemäßen
Batteriesystems erst nach dem Auslösen der Airbags in einem Fahrzeug aktiviert werden, um auch hierdurch eine energetische Überlastung der Fahrzeugsysteme zu vermeiden. Eine solche nachgeschaltete Auslösung mag auch den Einsatz von elektromechanischen Schaltern als Trennelemente ermöglichen.
Die Unfallerkennung mag über eigene Sensoren, im Batteriesteuergerät oder unter Nutzung einer Unfallerkennung eines zentralen Motorsteuergerätes bzw. Airbag-Steuergerätes erfolgen. Das Eindringen von Wasser in den Bereich des Batteriesystems ist durch geeignet angebrachte Sensoren zu erfassen und wie bei einem Unfall auszuwerten. Hierbei mag die Information bzgl. eines Unfalls oder Störfalls und der daraus resultierenden vorzunehmenden Maßnahme über einen Fahrzeugdatenbus, beispielsweise einen CAN-Bus, an das letztendlich auslösende Steuergerät übertragen werden.
Die Anzeige der Auslösung der Trennelemente und damit der Sicherheit des Batteriesystems mag bevorzugt unter Verwendung eines nicht reversiblen Anzeigeelementes erfolgen, so dass die Anzeige des sicheren Zustandes nicht versehentlich bzw. unfallbedingt wieder gelöscht bzw. deaktiviert wird. Die Anzeige der Auslösung erfolgt somit bevorzugt permanent und insbesondere mechanisch betätigt und kann sich insbesondere auch des gleichen
Auslösemechanismus bedienen, beispielsweise ein pyrotechnisches
Anzeigeelement. Die Anzeige wird an geeigneter Stelle im Fahrzeug nach außen sichtbar angebracht.
Die Trennelemente können so ausgestaltet sein, dass eine erfolgte Auslösung durch eine optische Anzeige am Element selbst und/oder durch Auswertung der veränderten Ansteuereigenschaften an den Auslöseleitungen bzw. durch eine eigene Sensorleitung erkannt werden kann (z.B. Auftrennung einer
Sensorschleife). Dies mag die Wartung bzw. den Tausch der Trennelemente nach einem Schadenereignis erleichtern.
Bevorzugt weist die Fahrzeugelektronik eine geeignete
Überwachungseinrichtung, beispielsweise in einem Steuergerät, zur
Überwachung der korrekten Funktion der Trennelemente über die gesamte Fahrzeuglebensdauer auf.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine exemplarische Ausgestaltung eines Antriebssystems für
Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge mit einem Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Figuren 2a-c exemplarische Ausgestaltungen der Anordnung von
Trennelementen gemäß der vorliegenden Erfindung Weiter Bezug nehmend auf Figur 1 wird eine exemplarische Ausgestaltung eines Antriebssystems für Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge mit einem Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Antriebssystems für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- bzw. Hybridfahrzeug. Für den Antrieb des Fahrzeuges vorgesehen ist eine elektrische Maschine 12 unter Verwendung von Elementen lla-c, beispielsweise 12V-Batterie IIa, Umrichter (Power Converter) IIb und Anschlusselemente bzw. Batterieschütz (Contactor) 11c. Weiter vorgesehen sind exemplarisch für die Motor- und Fahrzeugsteuerung zuständige Steuergeräte
8a, b, beispielsweise Batteriesteuergerät (Battery Control Unit - BCU) 8a, elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit - ECU) 8b, die an
Verbrennungsmotor (Internal Combustion Engine - ICE) bzw. Range- Extender- Motor 12 angeschlossen ist.
Als Energiespeicher des Fahrzeugs ist ein Batteriesystem 2 vorgesehen, das aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen 4 aufgebaut ist. Dieses Batteriesystem 2 ist, exemplarisch, unter Verwendung einer Sicherung 18 an Batterieschütz 11c angebunden, welcher unter Verwendung des Umrichters IIb die elektrische Maschine 10 mit Energie für den Fahrzeugantrieb versorgt. Erfindungsgemäß sind zwischen den einzelnen Batteriemodulen 4 des Batteriesystems 2
Trennelemente 6 angeordnet, welche geeignet z.B. am Batteriesteuergerät 8a angeschlossen und von diesem derart ansteuerbar sind, so dass in einem Unfall- Fall eine Auftrennung der seriellen Verbindung der Batteriemodule 4 ermöglicht wird bzw. von diesem gesteuert auslösbar ist. Das Batteriesteuergerät 8a kann seinerseits wiederum eine Information bezüglich eines Unfallszenarios von einem weiteren Steuergerät des Fahrzeuges, beispielsweise einem Airbag-Steuergerät, über einen Datenbus 14 (zum Beispiel CAN-Bus) erhalten. Der Anschluss des Batteriesystems 2 an das Fahrzeug kann selbst wiederum durch, in Figur 1 exemplarisch außerhalb des Batteriesystems angeordnete, Trennelemente 6 vom Fahrzeug separiert werden. Gleichfalls können diese Trennelemente auch an den nach außen geführten Anschlüssen des
Batteriesystems 2 in dessen Gehäuse angeordnet sein. Anzeigeelement 16 ist in Figur 1 nur schematisch dargestellt. Bevorzugt angeordnet wird Anzeigeelement 16 im Fahrzeug an einer von außen geeignet einsehbaren Stelle um nach außen, insbesondere nicht reversibel, eine
Auslösung der Trennelemente 6 und damit eine Auftrennung der seriellen Verschaltung der Batteriemodule 4 im Batteriesystem 2 anzuzeigen. An dieser angezeigten Information des Anzeigeelementes 16 können beispielsweise Rettungs- bzw. Bergungskräfte ablesen, inwieweit eine möglicherweise lebensgefährliche Hochspannung des Batteriesystems 2 in im Wesentlichen ungefährliche Einzelspannungen der einzelnen Batteriemodule 4 durch
Auftrennen der seriellen Verschaltung reduziert wurde.
Weiter Bezug nehmend auf Figuren 2a-c werden exemplarische Ausgestaltungen der Anordnung von Trennelementen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Figur 2a zeigt einen exemplarischen Ausschnitt aus Batteriesystem 2 mit zwei Batteriemodulen 4. Die serielle Verschaltung der Batteriemodule 4 ist in Figur 2a gut zu erkennen. In Figur 2a sind Trennelemente 6 exemplarisch im Inneren eines Batteriemoduls 4 angeordnet, somit im Inneren dessen dichten Gehäuses. Im Gehäuse eines Batteriemoduls 4 sind exemplarisch sechs Batteriezellen angeordnet, die ebenfalls in Serie geschaltet sind und zusammen die Spannung eines Batteriemoduls 4, beispielsweise 12V oder 24V bereitstellen. Die
Steuerleitungen zum Auslösen der Trennelemente 6 sind in Figur 2a
schematisch in das Gehäuse eintretend dargestellt.
Figur 2b unterscheidet sich von Figur 2a im Wesentlichen nur dadurch, dass die Trennelemente 6 außerhalb der einzelnen Batteriemodule 4 angeordnet sind. Die Batteriemodule 4 entsprechen somit im Wesentlichen herkömmlichen
Batteriemodulen, wobei die serielle Verbindung zwischen zwei Batteriemodulen 4 durch ein Leitelement mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eines
Trennelementes 6 ausgebildet ist. Gemäß Figur 2b lassen sich auch bereits bestehende Batteriesysteme 2 einfach erfindungsgemäß nachrüsten, wobei selbstverständlich die Ansteuerung der Trennelemente 6 implementiert werden muss. Figur 2c zeigt exemplarisch eine Ausgestaltung eines Leiterelementes 20 mit einem Trennelement 6. Beispielsweise am einen Ende des Leiterelementes 20, versehen mit einer Öse 22 zum Schraubanschluss an ein Batteriemodul 4, kann, zum Beispiel angebracht in einem Gehäuse im Kabelelement 20, ein
Trennelement 6 vorgesehen sein, welches wiederum geeignet ansteuerbar ist, um in einem Unfall- Fall die leitfähige Verbindung aufzutrennen. Derartige Kabelelemente können zur (nachträglichen) Umrüstung eines herkömmlichen Batteriesystems Verwendung finden.

Claims

Ansprüche
Batteriesystem (2) für ein Fahrzeug, aufweisend
zumindest zwei Batteriemodule (4);
wobei die Batteriemodule (4) in Serie geschaltet sind;
dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (2) weiterhin aufweist ein Trennelement (6);
wobei das Trennelement (6) in Serie zwischen den Batteriemodulen (4) angeordnet ist;
wobei das Trennelement (6) eingerichtet ist, in einem regulären Betrieb des Fahrzeuges eine im Wesentlichen verlustfreie leitfähige Verbindung bereitzustellen; und
wobei das Trennelement (6) derart eingerichtet ist, so dass bei einem Unfallereignis die leitfähige Verbindung zwischen den Batteriemodulen (4), insbesondere nicht-reversibel, unterbrechbar ist.
Batteriesystem gemäß Anspruch 1 ,
wobei das Trennelement (6) als ein nicht-reversibles elektromechanische Trennelement (6) oder nicht-reversibles pyrotechnisches Trennelement (6) ausgebildet ist.
Batteriesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Trennelement (6) mit einem Steuergerät (8) des Fahrzeuges koppelbar ist, insbesondere mit einem Sicherheits-Steuergerät oder Airbag- Steuergerät, und von dem Steuergerät (8) eine Information bzgl. eines Unfallereignisses bzw. ein Auslösesignal erhält;
wobei das Trennelement (6) basierend auf der Information bzw. mittels des Auslösesignals die leitfähige Verbindung unterbricht.
4. Batteriesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Batteriemodule (4) ein im Wesentlichen hermetische dichtes bzw. isolierendes Gehäuse aufweisen; und wobei das Trennelement im Gehäuse zumindest eines Batteriemoduls oder in einem Leiterelement zwischen zwei Batteriemodulen abgeordnet ist.
5. Batteriesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend
ein Anzeigeelement (16), das eingerichtet ist, insbesondere nicht-reversibel, anzuzeigen, dass die leitfähige Verbindung zwischen den Batteriemodulen (4) unterbrochen ist.
6. Batteriesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen (4), die zusammen eine Betriebsspannung für den Antrieb des Fahrzeuges bereitstellen;
wobei zwischen jeweils zwei seriell verschalteten Batteriemodulen (4) ein Trennelement (6) angeordnet ist;
wobei bei einem Unfallereignis die leitfähigen Verbindungen zwischen den Batteriemodulen auftrennbar sind, so dass die Betriebsspannung in eine der Anzahl der Batteriemodule entsprechende Anzahl von Einzelspannungen aufteilbar ist, insbesondere in Einzelspannungen von maximal 24V.
7. Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend ein
Batteriesystem (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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