DE102014200262A1

DE102014200262A1 - Batteriesystem mit einer Batterie, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüssen über ein Schütz verbindbar ist, und Verfahren zum Schalten eines solchen Schützes

Info

Publication number: DE102014200262A1
Application number: DE102014200262.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Steil; Gergely Galamb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN105873788B; WO2015104206A1; KR102311125B1; CN105873788A; US10220708B2; KR20160107177A; US20160332522A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse über ein Schütz (10) verbindbar ist, das eine Steuerspule (20) umfasst und in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule ein Steuerstrom fließt, schließt und in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule kein Strom fließt, öffnet. Dabei ist die Steuerspule zum Erzeugen des Steuerstromes über eine Versorgungsschaltung (80) an eine Versorgungseinheit (50) anschließbar, mittels der eine vorbestimmte Spannung bereitstellbar ist, die kleiner als die von der Batterie erzeugte Spannung ist. Ferner umfasst das Schütz oder die Versorgungsschaltung einen Energiespeicher (90), der mittels der an der Steuerspule angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellenden Versorgungseinheit mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufladbar ist und der bei Wegfall der vorbestimmten Spannung den durch die Steuerspule fließenden Steuerstrom durch Abgeben der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter erzeugen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse über ein Schütz verbindbar ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schalten eines Schützes für eine zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie, die mit einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse über das Schütz verbindbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem soeben genannten Batteriesystem.
Stand der Technik
In Fahrzeugen (PKWs) werden Batteriesysteme mit Batterien eingesetzt, die jeweils ein Hochvoltnetz mit einer hohen Spannung (Hochvoltspannung) versorgen können. Deswegen werden die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule solcher Batterien meistens in Reihe geschaltet. Solche Batterien müssen dann auch bei hohen Leistungen nur geringe Ströme liefern. Die Batterien werden dabei über Traktionsleitungen mit ihren Hochvoltanschlüssen, das heißt, den Anschlüssen, über die die Batterie die Hochvoltspannung an das Hochvoltnetz abgibt, verbunden. Üblicherweise werden in den Traktionsleitungen sowohl an dem positiven als auch an dem negativen Hochvoltanschluss der Batterie Schütze eingesetzt. Mittels der Schütze kann eine solche Batterie beim Parken oder in einem fehlerhaften Funktionszustand (Fehlerfahl) vom Hochvoltnetz beziehungsweise von dem restlichen Hochvoltsystem des Fahrzeuges getrennt werden.
Ein solches Schütz 10 ist in den 1 bis 3 dargestellt. Dabei werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.
In der 1 ist ein geschlossenes Schütz 10 und in der 2 ein geöffnetes Schütz 10 dargestellt. Das Schütz 10 ist als Magnetschalter 11 mit einer Steuerspule 20 ausgebildet. Der Magnetschalter 11 umfasst dabei eine bewegliche Kontaktbrücke 30 und zwei Terminals 40. Das Schütz 10 schließt in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 ein Steuerstrom fließt, und öffnet in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 kein Strom fließt.
Wenn ein Steuerstrom durch die Steuerspule 20 fließt, wird die Kontaktbrücke 30 mittels magnetischer Kraft zu den Terminals 40 hin bewegt und gegen diese Terminals 40 angedrückt. Wenn durch die Steuerspule 20 keinen Strom fließt, kehrt die Kontaktbrücke 30 unmittelbar in ihre gegenüber den Terminals 40 beabstandete Position zurück.
Zum Erzeugen des Steuerstromes muss die Steuerspule 20 mit elektrischer Energie versorgt werden. Dazu ist das Schutz 10 mit einer Versorgungseinheit (Energiequelle) 50 beispielsweise über ein Steuergerät 60 verbindbar, das vorzugsweise ein Batteriesteuergerät ist.
Die Versorgungseinheit 50 kann dabei das Niedervoltnetz (Bordnetz) eines Fahrzeuges sein, das eine Spannung von 12 V bereitstellt. Wenn die Steuerspule 20 mit der Versorgungseinheit 50 durch das Steuergerät 60 verbunden ist, fließt durch die Steuerspule 20 der Steuerstrom und das Schütz 10 schließt. Wenn durch das Steuergerät 60 die Verbindung zwischen der Steuerspule 20 und der Energiequelle 50 unterbrochen wird, fließt durch die Steuerspule 20 kein Strom und das Schütz 10 öffnet.
Solche in den Traktionsleitungen einer Batterie eingesetzten Schütze 10 können in einem fehlerhaften Funktionszustand Ströme von etwa 1 bis 2 kA trennen. Für höhere Ströme werden üblicherweise Sicherungen (Schmelzsicherungen) eingesetzt.
So wie es in der 3 dargestellt wird, kommt es für Ströme von über 3 bis 10 kA zu einer durch die in einem geschlossenen Schütz 10 vorkommenden Lorentzkraft 70 verursachte Abstoßung zwischen den Terminals 40 und der Kontaktbrücke 30. Ströme von über 3 bis 10 kA können beispielsweise bei Vorliegen eines Kurzschlusses in den Traktionsleitungen der Batterie beziehungsweise bei Vorliegen eines Kurzschlusses in einem mit der Batterie elektrisch gekoppelten Inverter vorkommen. Dieses Phänomen bezeichnet man als Levitation. Dabei entsteht trotz aktiver, von dem Steuerstrom durchflossener Steuerspule 20 ein kleiner Abstand zwischen den Terminals 40 und der Kontaktbrücke 30. Über diese Luftstrecke bilden sich Lichtbögen 71, die die Kontaktoberflächen der Terminals 40 aufschmelzen. Wenn der Kurzschlussstrom danach durch die mit dem entsprechenden Hochvoltanschluss verbundene Sicherung unterbrochen wird, drückt die Kontaktbrücke 30 die zwei aufgeschmolzenen Terminals 40 zusammen. Dabei erstarrt das Material und die Kontaktbrücke 30 kann nach Abschalten des durch die Steuerspule 20 fließenden Steuerstromes nicht mehr geöffnet werden. Diesen Fehler bezeichnet man als Schützkleber. Die zwei Terminals 40 des Schützes 10 sind leitend miteinander verbunden und können nicht getrennt werden.
Die Zeit, in der das Schütz 10 den Kurzschlussstrom tragen können muss, ohne diesen Effekt zu erleiden, liegt bei einem ideal dimensionierten Schütz 10 immer höher als die Zeit, die die zugeordnete Sicherung (Schmelzsicherung) benötigt, um diesen Kurzschlussstrom zu trennen. Wenn ein Schütz 10 so dimensioniert ist, dann verschweißt das Schütz 10 aufgrund dieses Effekts nicht, ist nach dem Trennen des Kurzschlussstroms durch die ausgelöste Sicherung noch schaltbar und kann die Batterie von dem Hochvoltnetz des Fahrzeuges trennen.
Das Öffnen und Schließen solcher Schütze 10 wird üblicherweise durch das Batteriesteuergerät einer Batterie, in der die Schütze 10 eingesetzt werden, durchgeführt. Dabei kann durch das Batteriesteuergerät die von dem Niedervoltnetz eines Fahrzeuges bereitgestellte Niedervoltspannung von 12 V an die Schütze 10 weitergegeben werden.
Wenn diese Niedervoltspannung von 12 V ausfällt, dann öffnen sich die Schütze 10 unverzüglich. Auch bei Spannungsschwankungen im Niedervoltnetz des Fahrzeuges besteht die Gefahr, dass sich die Schütze 10 ungewollt öffnen.
Aus dem Dokument DE 199 47 105 C2 ist ein Schaltschütz mit einem Magnetantrieb und einer schaltungstechnisch realisierte Schnellausschaltung bekannt. Durch die Schnellausschaltung kann das Schaltschütz bei Vorliegen eines durch das Schaltschütz fließenden Kurzschlussstromes bleibend geöffnet werden, um gegen Kontaktverschweißungen geschützt zu werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie bereitgestellt, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse über ein Schütz verbindbar ist, das eine Steuerspule umfasst und in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule ein Steuerstrom fließt, schließt und in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule kein Strom fließt, öffnet. Dabei ist die Steuerspule zum Erzeugen des Steuerstromes über eine Versorgungsschaltung an eine Versorgungseinheit anschließbar, mittels der eine vorbestimmte Spannung bereitstellbar ist, die kleiner als die von der Batterie erzeugte Spannung ist. Ferner umfasst das Schütz oder die Versorgungsschaltung einen Energiespeicher, der mittels der an der Steuerspule angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellenden Versorgungseinheit mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufladbar ist. Dabei kann der Energiespeicher bei Wegfall der vorbestimmten Spannung den durch die Steuerspule fließenden Steuerstrom durch Abgeben der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter erzeugen.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Schalten eines Schützes für eine zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie bereitgestellt, die mit einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse über den Schütz verbindbar ist, wobei das Schütz eine Steuerspule umfasst und in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule ein Steuerstrom fließt, schließt und in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule kein Strom fließt, öffnet. Dabei wird die Steuerspule zum Erzeugen des Steuerstromes über eine Versorgungsschaltung an eine Versorgungseinheit angeschlossen, mittels der eine vorbestimmte Spannung bereitgestellt wird, die kleiner als die von der Batterie erzeugte Spannung ist. Ferner wird ein in der Versorgungsschaltung oder in dem Schütz angeordneter Energiespeicher mittels der an der Steuerspule angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellenden Versorgungseinheit mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufgeladen. Bei Wegfall der vorbestimmten Spannung wird der durch die Steuerspule fließende Steuerstrom mittels des Energiespeichers durch Abgeben der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter erzeugt.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei der Erfindung werden die zum Trennen einer Batterie von Ihren Hochvoltanschlüssen eingesetzten Schütze auch bei Wegfall der vorbestimmten Spannung, die auch als Versorgungsspannung bezeichnet wird, mittels mindestens eines erfindungsgemäßen Energiespeichers weiterhin mit elektrischer Energie versorgt. Die Batterie kann beispielsweise über Ihre Hochvoltanschlüsse an das Hochvoltnetz eines Fahrzeuges angeschlossen sein und diese mit elektrischer Energie versorgen. Dabei wird bei Wegfall der Versorgungsspannung mittels des erfindungsgemäßen Energiespeichers während einer ersten Zeit ein derartiger Steuerstrom erzeugt, dass die entsprechenden Schütze während der ersten Zeit geschlossen bleiben und nicht ungewollt öffnen. Das bedeutet auch, dass mittels des erfindungsgemäßen Energiespeichers die Schütze auch bei Vorliegen von Schwankungen (Einbrüchen) der vorbestimmten Spannung weiterhin zumindest für die erste Zeit mit genügend elektrischen Energie versorgt werden und während der ersten Zeit nicht ungewollt öffnen. Dadurch wird vermieden, dass die Schütze zumindest während der ersten Zeit infolge von eventuell auftretenden Lichtbögen verschweißen und nicht wieder öffnen können. Wenn sich die Schütze in einem Zustand, in dem sie einen Strom leiten, ungewollt öffnen, können ab einer bestimmten Stärke des durch die Schütze geleiteten Stromes, ähnlich wie beim Vorliegen von Levitation, Lichtbögen entstehen, die zum Verschweißen der Schütze führen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist der über das Schütz mit der Batterie verbindbare Hochvoltnetzanschluss ferner mit mindestens einer Sicherung verbunden oder verbindbar. Dabei ist die Sicherung dazu ausgebildet, zumindest einen Teil eines durch das geschlossene Schütz fließenden Stromes zu leiten und bei Vorliegen eines durch die Sicherung fließenden Strom, der eine Stromstärke aufweist, die eine vorbestimmte Grenze überschreitet, innerhalb einer zweiten Zeit, die kleiner als die erste Zeit ist, auszulösen.
Wenn ein Schütz einen derartig starken Strom, wie beispielsweise ein Kurzschlussstrom, leitet, dass solche zum Verschweißen des Schützes führende Lichtbögen beim Öffnen des Schützes auftreten können, wird der durch das Schutz geleitete Strom durch die ausgelöste Sicherung unterbrochen, bevor das Schutz infolge von Versorgungsspannungsschwankungen oder eines Versorgungsspannungsausfall öffnet. So wird vermieden, dass das Schütz infolge von auftretenden Lichtbögen verschweißt und nicht mehr öffnen kann.
Vorzugsweise ist die zweite Zeit, in der die Sicherung ausgelöst wird, kürzer als die Zeit, in der eine Levitation in einem Schutz, der einen entsprechend starken Strom, wie beispielsweise einen Kurzschlussstrom, leitet, auftreten kann.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist die Steuerspule über die Versorgungsschaltung an ein Niedervoltnetz anschließbar, das die vorbestimmte Spannung beziehungsweise Versorgungsspannung bereitstellt.
Bevorzugt wird die Steuerspule an das Niedervoltnetz eines Fahrzeuges angeschlossen, das eine Versorgungsspannung von 12 V bereitstellt.
Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher einen Kondensator oder eine weitere Spule oder eine Akkumulator-Zelle. Bevorzugt ist der Kondensator oder die weitere Spule oder die Akkumulator-Zelle parallel zu der Versorgungseinheit und/oder zu der Steuerspule geschaltet oder schaltbar. Weiter bevorzugt ist die weitere Spule in Reihe mit der Versorgungseinheit und/oder der Steuerspule geschaltet oder schaltbar.
Durch den Einsatz eines Energiespeichers, insbesondere einer Kapazität, wie beispielsweise eines Kondensators zwischen den Anschlüssen der Steuerspule eines jeden Schützes können sowohl Schwankungen (Einbrüche) in der Versorgungsspannung als auch Ausfälle der Versorgungsspannung gepuffert werden. Dadurch können die Schütze in diesen Fällen weiter zugehalten werden.
Bei einem Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem mit Schützen, dessen Steuerspulen mittels des Niedervoltnetzes des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt werden, können durch die Erfindung Schwankungen und Ausfälle der von dem Niedervoltnetz bereitgestellten Versorgungsspannung abgefangen werden, die beispielsweise durch einen Unfall auftreten können, infolge dessen das Niedervoltnetz des Fahrzeuges teilweise oder auch vollständig beschädigt oder abgeschaltet wird. (Ein solches Niedervoltnetz eines Fahrzeuges liefert eine Spannung von 12 V.) Dadurch, dass die Schütze zuverlässig geschlossen gehalten werden bis zumindest eine der Sicherungen (Schmelzsicherungen) des Batteriesystems beispielsweise bei Vorliegen eines durch einen Unfall hervorgerufenen Kurzschlusses im Hochvoltnetz des Fahrzeuges ausgelöst wird, wird das Öffnen der Schütze bei einer zu hohen elektrischen Last und damit das Verkleben der Schütze verhindert.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems umfasst die Versorgungsschaltung ein Steuergerät, das an der Versorgungseinheit angeschlossen oder anschließbar ist und das in seinem an der Versorgungseinheit angeschlossenen Zustand die von der Versorgungseinheit bereitgestellte Spannung weiter bereitstellt. Bevorzugt ist das in der die Versorgungsschaltung angeordnete Steuergerät dazu ausgebildet, zum Schalten des Schützes die Steuerspule an die Versorgungseinheit anzuschließen und von der Versorgungseinheit zu trennen. Weiter bevorzugt ist das in der Versorgungsschaltung angeordnete Steuergerät dazu ausgebildet, den durch die Steuerspule fließenden Steuerstrom einzustellen, insbesondere zu senken.
Vorzugsweise ist das Steuergerät das Batteriesteuergerät.
Solche in einem erfindungsgemäßen Batteriesystem eingesetzten Schütze werden durch eine hohe Anzugsspannung geschlossen. Das Öffnen und Schließen der Schütze wird bevorzugt von dem Batteriesteuergerät durchgeführt. Dabei können die Steuerspulen der Schützen durch das Batteriesteuergerät mit elektrischer Energie versorgt werden. Vorzugsweise wird eine Spannung von 12 V von dem Niedervoltnetz eines Fahrzeuges durch das Batteriesteuergerät an die Schütze weitergegeben.
Vorzugsweise wird nach dem Schießen der Schütze der durch die Steuerspulen der Schütze fließende Steuerstrom durch ein pulsweitenmoduliertes Signal und/oder durch eine reduzierte Haltespannung und/oder durch die Verwendung einer sogenannten Economiser-Spule (Economizerspule) gesenkt. Im geschlossenen Zustand braucht ein Schütz deutlich weniger Leistung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Erhöhung der Sicherheit eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (Batteriepacks), das in einem Fahrzeug eingesetzt wird und dessen Schütze mittels des Niedervoltnetzes des Fahrzeuges mit elektrischen Energie versorgt werden, da die Sicherstellung der vollen Funktionalität eines solchen erfindungsgemäßen Batteriesystems nicht mehr von der hundertprozentigen Funktionalität des Niedervoltnetzes (12V-Versorgung) abhängig ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnungen ist:
1 ein aus dem Stand der Technik bekannten Schütz im geschlossenen Zustand,
2 das in der 1 dargestellte Schütz im offenen Zustand,
3 das in der 1 dargestellte Schütz beim Vorliegen von Levitation,
4 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Batteriesystem eine zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie und mindestens ein Energiespeicher zum zusätzlichen Versorgen der in den Traktionsleitungen der Batterie vorhandenen Schütze mit elektrischer Energie umfasst,
5 eine detaillierte Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Batteriesystem aus der 4 eingesetzten Schützes mit einem zugeordneten Energiespeicher,
6 eine detaillierte Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Batteriesystem aus der 4 eingesetzten Schützes mit einem zugeordneten Energiespeicher, der einen Kondensator umfasst, und,
7 eine detaillierte Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Batteriesystem aus der 4 eingesetzten Schützes mit einem zugeordneten Energiespeicher, der eine weitere Spule umfasst.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 4 ist ein Batteriesystem 100 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, das eine zum Versorgen eines Hochvoltnetzes eines Fahrzeuges ausgebildete Batterie 101 und mindestens ein Energiespeicher (nicht dargestellt) zum Versorgen der in den Traktionsleitungen 120, 121 der Batterie 101 vorhandenen Schütze 10 mit elektrischer Energie umfasst. Die Batterie 101 umfasst mehrere in Reihe geschaltete Batteriemodule 102 zum Erzeugen einer für ein Hochvoltnetz geeignete Batteriespannung. In jeder der Traktionsleitung 120, 121 ist ein Schütz 10 angeordnet. Die Batterie 101 kann über eines der zwei Schütze 10 mit ihrem positiven Hochvoltanschluss 130 und über das andere der zwei Schütze mit ihrem negativen Hochvoltanschluss 131 verbunden werden.
Zwischen den Hochvoltanschlüssen 130, 131 der Batterie 101 sind zwei parallel geschalteten Verbraucher 140, 141 angeschlossen. Dabei ist der positive Hochvoltanschluss 130 über den Verbraucherpfad 150 mit dem Verbraucher 140 und über den Verbraucherpfad 151 mit dem Verbraucher 141 verbunden. Die Batterie 101 des Batteriesystems (Batteriepacks) 100 hat keine Sicherung in der Mitte. Jeder Verbraucherpfad 150, 151 ist über eine zugeordnete Sicherung 110 des Batteriesystems 100 einzeln abgesichert. Beide Sicherungen 110 sind mit dem Hochvoltanschluss 130 direkt verbunden.
Diese oben genannte Architektur findet Ihren Einsatz in Batteriesystemen, bei denen der gesamte Batteriestrom für eine einzelne Sicherung (Schmelzsicherung) in der Batteriemitte zu groß ist, das heißt, dass es keine Sicherung auf dem Markt gibt, welche die Anforderungen an den Batteriestrom über die Lebenszeit der Batterie 101 erfüllen kann. Ein Kurzschluss in einem der Verbraucherpfade 150, 151 löst die ihm zugeordnete Sicherung 110 in dem Batteriesystem 100 aus. Um den anderen Verbraucher 150, 151 und das Hochvoltnetz des Fahrzeuges spannungsfrei zu schalten, öffnen danach die beiden Schütze 10.
In der 5 ist ein Schütz 10 zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Batteriesystem 100 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung detailliert dargestellt.
Das Schütz 10 ist als Magnetschalter 11 mit einer Steuerspule 20 ausgebildet. Der Magnetschalter 11 umfasst eine begliche Kontaktbrücke 30 und zwei Terminals 40. Das Schütz 10 schließt in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 ein Steuerstrom fließt, und öffnet in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 kein Strom fließt. Wenn ein Steuerstrom durch die Steuerspule 20 fließt, wird die Kontaktbrücke 30 mittels magnetischer Kraft zu den Terminals 40 hin bewegt und gegen diese Terminals 40 angedrückt. Wenn durch die Steuerspule 20 kein Strom fließt, kehrt die Kontaktbrücke 30 unmittelbar in ihre gegenüber den Terminals 40 beabstandete Position zurück. In der 5 wird das Schutz 10 in seinem geschlossenen Zustand dargestellt, in dem das Schütz 10 über die Terminals 40 und die Kontaktbrücke 30 auch hohe Ströme, insbesondere Kurzschlussströme, die durch die Traktionsleitungen 120, 121 der Batterie fließen können, leiten kann.
Zum Erzeugen des Steuerstromes ist die Steuerspule 20 über eine Versorgungsschaltung 80 mit einer Versorgungseinheit 50 verbindbar, die eine vorbestimmte Spannung bereitstellt, die kleiner als die von der Batterie 101 erzeugte Batteriespannung ist. Die Versorgungseinheit 50 kann dabei das Niedervoltnetz (Bordnetz) eines Fahrzeuges sein, das eine Spannung von 12 V bereitstellt.
Die Versorgungsschaltung (Ansteuerleitung) 80 umfasst dabei ein Steuergerät 61 und den Kabelbaum zum Verbinden der Steuerspule 20 mit dem Steuergerät 61. Das Steuergerät 61 ist dazu ausgebildet, die Steuerspule 20 mit der Versorgungseinheit 50 zum Schließen des Schützes 10 zu verbinden und die Steuerspule 20 von der Versorgungseinheit 50 zum Öffnen des Schützes 10 zu trennen. Bevorzugt ist das Steuergerät 61 dazu ausgebildet, den durch die Steuerspule 20 fließenden Strom zum Schalten des Schützes 10 geeignet einzustellen. Weiter bevorzugt ist das Steuergerät 61 das Batteriesteuergerät des Batteriesystems 100.
Die Versorgungsschaltung 70 umfasst ferner einen Energiespeicher (Energiestabilisierungseinheit) 90, der in Darstellung aus der 5 in dem Steuergerät 61 angeordnet ist. Der Energiespeicher 90 kann auf der Platine des Steuergerätes 61 oder in dem Kabelbaum zum Verbinden der Steuerspule 20 mit dem Steuergerät 61, das heißt, in dem sich zwischen dem Steuergerät 61 und dem Schütz 10 befindlichen Kabelbaum, eingebaut sein. Alternativ kann der Energiespeicher 90 in oder an dem Schütz 10 eingebaut sein. Dabei ist der Energiespeicher 90 dazu vorgesehen, mittels der an der Steuerspule 20 angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellenden Versorgungseinheit 50 mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufgeladen zu werden und bei Wegfall der vorbestimmten Spannung den durch Steuerspule fließende Steuerstrom durch eine Abgabe der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter zu erzeugen.
So wie in der 6 dargestellt wird, umfasst der Energiespeicher 90 vorzugsweise mindestens einen Kondensator 91, wie zum Beispiel einen Elektrolytkondensator, der elektrisch parallel zu der Versorgungseinheit 50 und/oder der Steuerspule 20 geschaltet oder schaltbar ist.
Wenn die mittels der Versorgungseinheit 50 realisierte Spannungsversorgung des Schützes 10 ausfällt oder temporär unterbrochen wird, dann sorgt die im Energiespeicher 90 beziehungsweise in dem Kondensator 91 des Energiespeichers 90 gespeicherte elektrische Energie dafür, dass das Schütz 10 weiterhin geschlossen bleibt, weil dessen Steuerspule 20 weiterhin mit elektrischer Energie versorgt wird.
So wie in der 7 dargestellt wird, umfasst der Energiespeicher 90 an der Stelle des Kondensators 91 vorzugsweise eine weitere Spule 92 mit passender Induktivität, die mit der Versorgungseinheit 50 und/oder der Steuerspule 20 in Reihe geschaltet oder schaltbar ist und welche beim Ausfall der mittels der Versorgungseinheit 50 bereitgestellten Versorgungsspannung von beispielsweise 12 V den Stromfluss des durch die Steuerspule 20 fließenden Steuerstromes weiter aufrechterhält. Alternativ kann die weitere Spule 92 des Energiespeichers 90 parallel zu der Versorgungseinheit 50 und/oder der Steuerspule (Erregerspule) 20 geschaltet oder schaltbar sein.
Weiter bevorzugt kann der Energiespeicher 90 an der Stelle des Kondensators 91 eine Akkumulator-Zelle (wiederaufladbare Zelle) umfassen, die elektrisch parallel zu der Versorgungseinheit 50 und/oder der Steuerspule 20 geschaltet oder schaltbar ist. Vorzugsweise ist die Akkumulator-Zelle parallel zu der Versorgungseinheit 50 in den Versorgungspfad des Schützes 10 eingebracht, beispielsweise auf der Platine des Steuergerätes 61 beziehungswese des Batteriesteuergerätes des Batteriesystems 100. Beim Ausfall der durch die Versorgungseinheit 50 bereitgestellten Versorgungsspannung von beispielsweise 12 V erhält dann diese Akkumulatorzelle die Spannungsversorgung der Steuerspule 20 weiter aufrecht.
Ein Fahrzeug, das mittels eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 100 betrieben wird, kann einem Unfalltest (Crashtest) unterzogen werden, der zu einer Entstehung von Lichtbögen und einer Verschweißung der Schütze 10 führen kann.
Während eines Unfalls eines Fahrzeugs wird durch eine Vorrichtung des Fahrzeuges das Niedervoltnetz des Fahrzeuges abgetrennt. Auch können durch einen Unfall relevante Leitungen des Niedervoltnetzes zerrissen werden. Bei einem Unfall ist das Hochvoltnetz des Fahrzeuges aber noch weiterhin im Betrieb. Durch den Unfall entsteht in diesem Hochvoltnetz ein niederohmiger Kurzschluss. Wenn das Fahrzeug mittels eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 100 betrieben wird, sorgen die beispielsweise als Kondensatoren 92 ausgebildeten Energiespeicher 90 an den beiden Schützen 10 der Batterie 101 dafür, dass die Schütze 10 erst nach dem Trennen des Hochvoltnetzes durch mindestens eine ausgelöste Sicherung (Schmelzsicherung) 110 geöffnet werden, obwohl das Niedervoltnetz schon vor dem Trennen des Hochvoltnetzes durch die ausgelöste Sicherung 110 zusammengebrochen ist. Das führt dazu, dass die Schütze 10, nach dem Trennen des Hochvoltnetzes durch mindestens eine der Schmelzsicherungen 110, das heißt, zu einem Zeitpunkt, in dem kein Strom mehr über sie fließt, ordnungsgemäß öffnen. Folglich verkleben die Schütze 10 nicht und das Hochvoltnetz des Fahrzeuges ist spannungsfrei, weil die Batterie 101 davon getrennt wurde. Rettungskräfte können nun ohne die Gefahr eines elektrischen Schlags die möglicherweise verletzten Insassen bergen.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 7 Bezug genommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19947105 C2 [0013]

Claims

Batteriesystem (100) mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie (101), die mit mindestens einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse (130, 131) über ein Schütz (10) verbindbar ist, das eine Steuerspule (20) umfasst und in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule (20) ein Steuerstrom fließt, schließt und in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule (20) kein Strom fließt, öffnet und die Steuerspule (20) zum Erzeugen des Steuerstromes über eine Versorgungsschaltung (80) an eine Versorgungseinheit (50) anschließbar ist, mittels der eine vorbestimmte Spannung bereitstellbar ist, die kleiner als die von der Batterie (101) erzeugte Spannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schütz (10) oder die Versorgungsschaltung (80) einen Energiespeicher (90) umfasst, der mittels der an der Steuerspule (20) angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellende Versorgungseinheit (50) mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufladbar ist und der bei Wegfall der vorbestimmten Spannung den durch die Steuerspule (20) fließende Steuerstrom durch Abgeben der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter erzeugen kann.
Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Schütz (10) ferner mit mindestens einer Sicherung (110) verbunden oder verbindbar ist, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil eines durch das geschlossene Schütz (10) fließenden Stromes zu leiten und bei Vorliegen eines durch die Sicherung (110) fließenden Stromes mit einer Stromstärke, die eine vorbestimmte Grenze überschreitet, innerhalb einer zweiten Zeit, die kleiner als die erste Zeit ist, auszulösen.
Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Steuerspule (20) über die Versorgungsschaltung (80) an ein Niedervoltnetz anschließbar ist, das die vorbestimmte Spannung bereitstellt.
Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Energiespeicher (80) einen Kondensator (91) oder eine weitere Spule (92) oder eine Akkumulator-Zelle umfasst, wobei der Kondensator (91) oder die weitere Spule (92) oder die Akkumulator-Zelle parallel zu der Versorgungseinheit (50) und/oder zu der Steuerspule (20) geschaltet oder schaltbar ist oder die weitere Spule in Reihe mit der Versorgungseinheit (50) und/oder der Steuerspule (20) geschaltet oder schaltbar ist.
Batteriesystem (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Versorgungsschaltung (80) ein Steuergerät (61) umfasst, das an der Versorgungseinheit (50) angeschlossen oder anschließbar ist und das in seinem an der Versorgungseinheit angeschlossenen Zustand die von der Versorgungseinheit (50) bereitgestellte Spannung weiter bereitstellt und/oder das dazu ausgebildet ist, zum Schalten des Schützes (10) die Steuerspule (20) an die Versorgungseinheit (20) anzuschließen und von der Versorgungseinheit (50) zu trennen und/oder den durch die Steuerspule (20) fließenden Steuerstrom einzustellen, insbesondere zu senken.
Verfahren zum Schalten eines Schützes (10) für eine zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie (101), die mit einem ihrer Hochvoltnetzanschlüsse (130, 131) über das Schütz (10) verbindbar ist, wobei das Schütz (10) eine Steuerspule (20) umfasst und in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule (20) ein Steuerstrom fließt, schließt und in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule (20) kein Strom fließt, öffnet und wobei die Steuerspule (20) zum Erzeugen des Steuerstromes über eine Versorgungsschaltung (80) an eine Versorgungseinheit (50) angeschlossen wird, mittels der eine vorbestimmte Spannung bereitgestellt wird, die kleiner als die von der Batterie erzeugte Spannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Versorgungsschaltung (80) oder in dem Schütz (10) angeordneten Energiespeicher mittels der an der Steuerspule (20) angeschlossenen und die vorbestimmte Spannung bereitstellenden Versorgungseinheit (50) mit einer vorbestimmten elektrischen Energiemenge aufgeladen wird und bei Wegfall der vorbestimmten Spannung der durch die Steuerspule (20) fließende Steuerstrom mittels des Energiespeichers (80) durch Abgeben der aufgeladenen Energiemenge für eine erste Zeit weiter erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Schutz (10) ferner mit mindestens einer Sicherung (110) zum Leiten zumindest eines Teil eines durch das geschlossene Schütz (10) fließenden Stromes verbunden ist oder verbunden wird, wobei die Sicherung (110) bei Vorliegen eines durch die Sicherung fließenden Strom mit einer Stromstärke, die eine vorbestimmte Grenze überschreitet, innerhalb einer zweiten Zeit, die kleiner als die erste Zeit ist, ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Steuerspule (20) über die Versorgungsschaltung (80) mit einem Niedervoltnetz angeschlossen wird, mittels dessen die vorbestimmte Spannung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Energiespeicher (80) einen Kondensator (91) eine weitere Spule (92) oder eine Akkumulator-Zelle umfasst, wobei der Kondensator (91) oder die weitere Spule (92) oder die Akkumulator-Zelle parallel zu der Versorgungseinheit (50) und/oder zu der Steuerspule (20) geschaltet ist oder wird oder die weitere Spule in Reihe mit der Versorgungseinheit (50) und/oder der Steuerspule (20) geschaltet ist oder wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die vorbestimmte Spannung mittels eines in der Versorgungsschaltung (80) angeordneten und an der Versorgungseinheit (50) angeschlossenen Steuergeräts (61) bereitgestellt wird und/oder das Schutz (10) mittels des in der Versorgungsschaltung (80) angeordneten Steuergeräts (61) geschaltet wird, indem mittels des Steuergerätes (60) die Steuerspule (20) an die Versorgungseinheit (50) angeschlossen oder von der Versorgungseinheit (50) getrennt wird und/oder der durch die Steuerspule (20) fließende Steuerstrom mittels des in der Versorgungsschaltung (80) angeordneten Steuergeräts (61) eingestellt wird, insbesondere gesenkt wird.
Fahrzeug mit einem Batteriesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.