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WO2013113473A1 - Hochvoltbatterie für ein fahrzeug und verfahren zum betreiben einer hochvoltbatterie - Google Patents

Hochvoltbatterie für ein fahrzeug und verfahren zum betreiben einer hochvoltbatterie Download PDF

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Publication number
WO2013113473A1
WO2013113473A1 PCT/EP2013/000160 EP2013000160W WO2013113473A1 WO 2013113473 A1 WO2013113473 A1 WO 2013113473A1 EP 2013000160 W EP2013000160 W EP 2013000160W WO 2013113473 A1 WO2013113473 A1 WO 2013113473A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage battery
state
temperature
temperature detection
voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000160
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Drott
Andre Gronke
Markus Meiler
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Publication of WO2013113473A1 publication Critical patent/WO2013113473A1/de

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Classifications

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
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    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage battery for a vehicle, which has a plurality of battery cells.
  • the high-voltage battery further comprises at least one device for temperature detection, which occurs when a threshold value of the temperature is exceeded, an irreversible change in state.
  • the invention relates to a method for operating such a high-voltage battery.
  • fuse This interrupts the flow of current when it heats up so much due to the current flowing through it, that a fuse element of the fuse melts.
  • Object of the present invention is to provide a high-voltage battery of the type mentioned above and a method for operating such a high-voltage battery, which or which allows a particularly safe handling of the high-voltage battery.
  • the at least one device for temperature detection is designed to irreversibly change from an initial state to a second state, independently of an electric current flow when the threshold value is exceeded. This is based on the finding that it is possible by means of conventional fuses only with active, ie in operation current-providing or current-consuming high-voltage battery, thermal loads to detect, which can potentially lead to an unsafe battery behavior.
  • a thermal load can also be detected in the passive battery state, so for example when the vehicle is stationary and the battery is not charged.
  • Temperature detection is thus designed as a passive component, which is not the
  • a backup of the high-voltage battery which may be necessary due to the thermal load, for example in the form of a shutdown of the same, can then be carried out or triggered.
  • a potentially unsafe battery condition can be seen, namely because the device for temperature detection is irreversibly transferred to the second state. The operator therefore notices, on the basis of the temperature detection device transferred to the second state, that at least locally the
  • Threshold of the temperature has been exceeded and therefore potentially an unsafe battery may be present.
  • Temperature detection is therefore a particularly safe handling of the high-voltage battery allows.
  • the at least one device for temperature detection is designed to change when exceeding a threshold value of the temperature from a temperature interval of 60 ° C to 120 ° C in the second state. This ensures that the high-voltage battery was not exposed to temperatures beyond which the safety of components of the high-voltage battery could possibly be restricted. This is especially true when the device for temperature detection when exceeding a threshold value of the temperature from the temperature interval of 80 ° C to 100 ° C changes from the initial state to the second state.
  • the exceeding of the threshold value of the temperature can be detected particularly reliably if a plurality of devices for the high-voltage battery are used
  • Temperature detection are arranged at different installation locations. This also allows inhomogeneous temperature loads of the high-voltage battery
  • Temperature detection can also be provided redundantly, so that at least two such devices are present at the same location.
  • the at least one device for temperature detection in the second state may have a different color than in the initial state.
  • color changes can take place at different temperatures from one another, so that, depending on the exceeded threshold value of the temperature, respective temperature detection devices trigger different temperature changes.
  • the at least one device for temperature detection may further be deformed in the second state relative to the initial state, for example in the manner of a
  • Bimetal which deforms under temperature load, in which case then it is ensured that during the subsequent drop in temperature, the bimetal does not return to its original shape.
  • At least one component of the at least one device for temperature detection when changing to the second state undergoes a change in the state of aggregation, which is at least indirectly recognizable.
  • the melting of the component may result in a change in the appearance of the device. This changed
  • the threshold of temperature has been exceeded at the installation site of the facility.
  • the heating that results in exceeding the threshold temperature may cause the gas bubble of the temperature detection device to expand, which in turn results in the escape of a liquid or solid from the device.
  • the at least one device for temperature detection can be arranged in a line for monitoring connections of the high-voltage battery and / or in a pre-charge line of the high-voltage battery and / or in a line for driving at least one contactor of the high-voltage battery. Furthermore, an arrangement in one
  • Low-voltage line possible which serves to supply a control device of the high-voltage battery, and / or an arrangement in a line, which
  • Insulation measurement of the high-voltage battery is used. If the facility for
  • Temperature detection is arranged in a measuring line for a current measurement and / or in a line for detecting a temperature and / or voltage of the battery cells of the high-voltage battery, so it is particularly easy and easy to determine whether the threshold value of the temperature has been exceeded in the region of these lines.
  • Battery cells having high-voltage battery for a vehicle is at least one device for temperature detection due to exceeding a
  • Threshold of the temperature irreversibly transferred from an initial state to a second state is a threshold of the temperature irreversibly transferred from an initial state to a second state.
  • the at least one device changes to
  • the figure shows schematically a high-voltage battery 10 of a vehicle, which comprises a - or in other embodiments a plurality - stack of battery cells 12.
  • the battery cells 12 may in this case be designed in particular as lithium-ion cells.
  • High-voltage battery 10 leading line is a high-voltage fuse 16 is arranged, which interrupts the circuit as an overcurrent protection device when in operation
  • High-voltage battery 10 a current of great magnitude occurs.
  • this high-voltage fuse 16 triggers only in active operation of the high-voltage battery 10, so when it is discharged or charged.
  • fuses 18 are provided which trigger independently of whether the high-voltage battery 10 is active or not. Rather, these devices for temperature detection are designed as passive components, which make it possible for a high-voltage battery 10 located in a bearing to determine whether this high-voltage battery 10 was exposed to an undesirable thermal load, which could potentially have led to unsafe battery performance.
  • a fuse 18 may be arranged, for example, in an interlock line 20 of the high-voltage battery 10, which serves as a signal line to determine whether 10 open switch or a cable break are present in the range of terminals 14, 22 of the high-voltage battery.
  • a fuse 18 may also be arranged in a precharge circuit 24, that is in a line branch, in which a high resistance ensures that at high voltage of the high-voltage battery 10 voltage drops, and which is then bridged, if no damage from the high-voltage battery 10 to be connected electrical or electronic components is more to be feared.
  • a fuse 18 in lines 26, via which contactors 28, 30 of the high-voltage battery 10 are driven. These lines 26, like the interlock line 20, are coupled to a control unit 32 of the high-voltage battery 10, which comprises a battery management unit 34 and a monitoring device 36 for safety monitoring.
  • Low-voltage line 38 is provided, in which also a fuse 18 may be arranged. Moreover, it is possible in a line 40, which serves for the insulation measurement of the high-voltage battery 10, and which the resistance between the positive terminal and a housing 42 of the high-voltage battery 10 and between the
  • Negative pole and the housing 42 measures to provide a fuse 18.
  • a fuse 18 may further in a measuring line 44 for a
  • Current measuring device 46 may be arranged, which is also connected to the controller 32.
  • fuses 18 are shown in lines which are associated with a voltage measuring device 48 or a temperature measuring device 50, that is to say the voltage and temperature of the battery cells 12 are detected.
  • the fuse 18 may also be provided to arrange the fuse 18 or such a device for temperature detection in a specially connected for this purpose to the control unit 32 line.
  • color indicators can be used as devices for temperature detection, which show a color change when a temperature threshold is exceeded.
  • the said devices for temperature detection have in common that they can detect the occurrence of thermal stress on the high-voltage battery 10 even when there is no electrical current flow.
  • temperature detection is not an excessive current flowing through it, which ensures that it is irreversibly transferred from an initial state to a second state.
  • passive components thus enable in particular long-term monitoring of the high-voltage battery 10 and overtemperature detection independently of the active operation of the high-voltage battery 10.
  • High-voltage battery 10 is to be examined more closely.
  • a self-diagnosis is preferably possible, for example via a measurement of the internal resistance.
  • devices for temperature detection of different types can be used in order to increase the reliability of detecting temperature loads on the high-voltage battery 10.
  • the high-voltage battery 10 further comprises a cooling connection 52, via which a cooling liquid or a refrigerant can be introduced into a cooling circuit 54 of the high-voltage battery 10.
  • a cooling connection 52 via which a cooling liquid or a refrigerant can be introduced into a cooling circuit 54 of the high-voltage battery 10.
  • Another inlet 56 or outlet is provided for pressure equalization.
  • a bursting device 58 ensures that a high internal pressure of the high-voltage battery 10 that occurs due to an error can be reduced.
  • Via a CAN bus 60 there is a communication between the control unit 32 of the high-voltage battery 10 and other components of the vehicle. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (10) für ein Fahrzeug, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen (12) aufweist. Wenigstens einer Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung widerfährt beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur eine irreversible Zustandsänderung. Hierbei ist die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung dazu ausgelegt, unabhängig von einem elektrischen Stromfluss beim Überschreiten des Schwellenwerts von einem Ausgangszustand irreversibel in einen zweiten Zustand zu wechseln. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvoltbatterie (10).

Description

Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist. Die Hochvoltbatterie umfasst des Weiteren wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung, welcher beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur eine irreversible Zustandsänderung widerfährt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvoltbatterie.
Aus dem Stand der Technik, etwa der US 2005/0233210 A1 oder der
US 2010/0028723 A1 , ist es bekannt, im Strompfad einer Hochvoltbatterie eine
Schmelzsicherung vorzusehen. Diese unterbricht den Stromfluss, wenn sie sich aufgrund des durch diese hindurch fließenden Stroms so stark erwärmt, dass ein Schmelzleiter der Schmelzsicherung schmilzt.
Anhand dieses sogenannten Auslösens der Schmelzsicherung kann also festgestellt werden, dass ein Schwellenwert der Temperatur überschritten wurde, nämlich der, welcher zum Schmelzen des Schmelzleiters geführt hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvoltbatterie der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochvoltbatterie zu schaffen, welche bzw. welches einen besonders sicheren Umgang mit der Hochvoltbatterie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ist die wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung dazu ausgelegt, unabhängig von einem elektrischen Stromfluss beim Überschreiten des Schwellenwerts von einem Ausgangszustand irreversibel in einen zweiten Zustand zu wechseln. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es mittels üblicher Schmelzsicherungen lediglich bei aktiver, also im Betrieb Strom bereitstellender oder Strom aufnehmender Hochvoltbatterie, möglich ist, thermische Belastungen zu detektieren, welche potentiell zu einem unsicheren Batterieverhalten führen können.
Aufgrund der unabhängig vom Durchflossenwerden von elektrischem Strom auf eine Erwärmung reagierenden Einrichtung zur Temperaturerkennung kann eine thermische Belastung auch im passiven Batteriezustand erkannt werden, also beispielsweise wenn das Fahrzeug steht und die Batterie nicht geladen wird. Die Einrichtung zur
Temperaturerkennung ist also als passives Bauteil ausgebildet, welche nicht des
Durchflossenwerdens von elektrischem Strom als Auslöser bedarf, um irreversibel von dem Ausgangszustand in den zweiten Zustand zu wechseln.
Eine aufgrund der thermischen Belastung gegebenenfalls notwendige Sicherung der Hochvoltbatterie, etwa in Form einer Stilllegung derselben, kann dann vorgenommen werden oder ausgelöst werden. Zudem ist so für Service-Personal, Rettungsdienste und dergleichen Bedienpersonen ein potentiell unsicherer Batteriezustand erkennbar, nämlich daran, dass die Einrichtung zur Temperaturerkennung irreversibel in den zweiten Zustand überführt ist. Die Bedienperson bemerkt also anhand der in den zweiten Zustand überführten Einrichtung zur Temperaturerkennung, dass zumindest lokal der
Schwellenwert der Temperatur überschritten wurde und daher potentiell eine unsichere Batterie vorliegen kann.
Dadurch, dass die Übertemperaturerkennung, etwa infolge eines Feuers, unabhängig vom aktiven Betrieb der Hochvoltbatterie vorgenommen werden kann, ist auch eine Langzeitüberwachung der passiven Hochvoltbatterie möglich, etwa bei der Lagerung, der Ersatzteilvorhaltung oder der Wiederverwendung. Des Weiteren kann eine sichere und nachhaltige Stilllegung der Hochvoltbatterie erfolgen, wenn aufgrund der thermischen Belastung Situationen eingetreten sind, die eine Transportsicherheitsbeurteilung erfordern. Unsichere Hochvoltbatterien können so leicht von anderen Hochvoltbatterien unterschieden werden, bei welchen kein Überschreiten des Schwellenwerts erfolgte und somit die Einrichtung zur Temperaturerkennung in ihrem Ausgangszustand vorliegt. Dies bringt besonders geringe Kosten für den Transport, die Befundermittlung oder die Nacharbeit an defekten Hochvoltbatterien mit sich. Durch die Einrichtung zur
Temperaturerkennung ist also ein besonders sicherer Umgang mit der Hochvoltbatterie ermöglicht.
Bevorzugt ist die wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung dazu ausgelegt, beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur aus einem Temperaturintervall von 60°C bis 120°C in den zweiten Zustand zu wechseln. So kann sichergestellt werden, dass die Hochvoltbatterie keinen Temperaturen ausgesetzt war, bei deren Überschreiten die Sicherheit von Komponenten der Hochvoltbatterie möglicherweise eingeschränkt sein könnte. Dies gilt insbesondere, wenn die Einrichtung zur Temperaturerkennung beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur aus dem Temperaturintervall von 80°C bis 100°C vom Ausgangszustand in den zweiten Zustand wechselt.
Besonders sicher kann das Überschreiten des Schwellenwerts der Temperatur erkannt werden, wenn in der Hochvoltbatterie eine Mehrzahl von Einrichtungen zur
Temperaturerkennung an voneinander verschiedenen Einbauorten angeordnet sind. Dies ermöglicht es auch, inhomogene Temperaturbelastungen der Hochvoltbatterie
festzustellen, wenn es also lediglich lokal zu einer Erwärmung gekommen ist, bei welcher der Schwellenwert der Temperatur überschritten wurde. Die Einrichtungen zur
Temperaturerkennung können auch redundant vorgesehen sein, sodass an der gleichen Stelle wenigstens zwei solche Einrichtungen vorhanden sind.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zur Steigerung der Erkennungssicherheit und zur Erhöhung der Robustheit der Erkennung von ihrem Funktionsprinzip her verschiedene Einrichtungen zur Temperaturerkennung in der Hochvoltbatterie angeordnet sind.
Beispielsweise kann die wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung im zweiten Zustand eine andere Farbe aufweisen als im Ausgangszustand. Insbesondere können solche Farbumschläge bei voneinander verschiedenen Temperaturen erfolgen, sodass je nach überschrittenem Schwellenwert der Temperatur jeweilige Einrichtungen zur Temperaturerkennung auslösen, welche unterschiedliche Farbumschläge aufweisen.
Die wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung kann des Weiteren im zweiten Zustand gegenüber dem Ausgangszustand deformiert sein, etwa nach Art eines
Bimetalls, welches sich unter Temperaturbelastung verformt, wobei in einem solchen Fall dann sichergestellt wird, dass beim anschließenden Absinken der Temperatur das Bimetall nicht wieder seine ursprüngliche Form einnimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfährt zumindest eine Komponente der wenigstens einen Einrichtung zur Temperaturerkennung beim Wechsel in den zweiten Zustand eine Änderung des Aggregatszustands, welcher zumindest mittelbar erkennbar ist. So kann beispielsweise das Durchschmelzen der Komponente zu einer Änderung des Erscheinungsbilds der Einrichtung führen. Dieses geänderte
Erscheinungsbild lässt dann den Schluss zu, dass am Einbauort der Einrichtung der Schwellenwert der Temperatur überschritten wurde. Auch kann die Erwärmung, welche zum Überschreiten des Schwellenwerts der Temperatur führt, ein Sich-Ausdehnen einer Gasblase der Einrichtung zur Temperaturerkennung bewirken, welche wiederum das Austreten einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs aus der Einrichtung zur Folge hat.
Die wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung kann in einer Leitung zum Überwachen von Anschlüssen der Hochvoltbatterie und/oder in einer Vorladeleitung der Hochvoltbatterie und/oder in einer Leitung zum Ansteuern wenigstens eines Schützes der Hochvoltbatterie angeordnet sein. Des Weiteren ist eine Anordnung in einer
Niedrigvoltleitung möglich, welche dem Versorgen einer Steuerungseinrichtung der Hochvoltbatterie dient, und/oder eine Anordnung in einer Leitung, welche der
Isolationsmessung der Hochvoltbatterie dient. Wenn die Einrichtung zur
Temperaturerkennung in einer Messleitung für eine Strommessung angeordnet ist und/oder in einer Leitung zum Erfassen einer Temperatur und/oder einer Spannung der Batteriezellen der Hochvoltbatterie, so lässt sich besonders gut und einfach feststellen, ob im Bereich dieser Leitungen der Schwellenwert der Temperatur überschritten wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer eine Mehrzahl von
Batteriezellen aufweisenden Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug wird wenigstens eine Einrichtung zur Temperaturerkennung aufgrund eines Überschreitens eines
Schwellenwerts der Temperatur irreversibel von einem Ausgangszustand in einen zweiten Zustand überführt. Hierbei wechselt die wenigstens eine Einrichtung zur
Temperaturerkennung unabhängig von einem elektrischen Stromfluss beim
Überschreiten des Schwellenwerts von dem Ausgangszustand in den zweiten Zustand. Dies ermöglicht einen besonders sicheren Umgang mit der Hochvoltbatterie, da der irreversible Wechsel in den zweiten Zustand für eine Bedienperson leicht erkennbar ist. Die für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur 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.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt schematisch eine Hochvoltbatterie, bei welcher an einer Mehrzahl von Einbauorten eine Schmelzsicherung vorgesehen ist, welche unabhängig von einem Stromdurchfluss durch die Hochvoltbatterie beim Überschreiten eines Schwellenwerts auslöst.
Die Figur zeigt schematisch eine Hochvoltbatterie 10 eines Fahrzeugs, welche einen - oder in anderen Ausführungsformen mehrere - Stapel von Batteriezellen 12 umfasst. Die Batteriezellen 12 können hierbei insbesondere als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. In einer von den Batteriezellen 12 zu einem elektrischen Anschluss 14 der
Hochvoltbatterie 10 führenden Leitung ist eine Hochvoltsicherung 16 angeordnet, welche als Überstromschutzeinrichtung den Stromkreis unterbricht, wenn im Betrieb der
Hochvoltbatterie 10 ein Strom zu großer Stärke auftritt. Diese Hochvoltsicherung 16 löst jedoch nur im aktiven Betrieb der Hochvoltbatterie 10 aus, also wenn diese entladen oder geladen wird.
Vorliegend sind als weitere Einrichtungen zur Temperaturerkennung eine oder - wie im Ausführungsbeispiel gezeigt mehrere - Schmelzsicherungen 18 vorgesehen, welche unabhängig davon auslösen, ob die Hochvoltbatterie 10 aktiv ist oder nicht. Vielmehr sind diese Einrichtungen zur Temperaturerkennung als passive Bauteile ausgebildet, welche es auch bei einer sich in einem Lager befindenden Hochvoltbatterie 10 ermöglichen, festzustellen, ob diese Hochvoltbatterie 10 einer unerwünschten thermischen Belastung ausgesetzt war, welche potentiell zu unsicherem Batterieverhalten geführt haben könnte. Eine solche Schmelzsicherung 18 kann beispielsweise in einer Interlockleitung 20 der Hochvoltbatterie 10 angeordnet sein, welche als Signalleitung dazu dient festzustellen, ob im Bereich von Anschlüssen 14, 22 der Hochvoltbatterie 10 offene Schalter oder ein Kabelbruch vorhanden sind. Eine Schmelzsicherung 18 kann jedoch auch in einem Vorladeschaltkreis 24 angeordnet sein, also in einem Leitungszweig, in welchem ein hoher Widerstand dafür sorgt, dass bei zu hoher Spannung der Hochvoltbatterie 10 Spannung abfällt, und welcher dann überbrückt wird, wenn keine Schädigung von mit der Hochvoltbatterie 10 zu verbindenden elektrischen oder elektronischen Bauteilen mehr zu befürchten ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Schmelzsicherung 18 in Leitungen 26 anzuordnen, über welche Schütze 28, 30 der Hochvoltbatterie 10 angesteuert werden. Diese Leitungen 26 sind ebenso wie die Interlockleitung 20 mit einem Steuergerät 32 der Hochvoltbatterie 10 gekoppelt, welches eine Batteriemanagementeinheit 34 und eine Überwachungseinrichtung 36 zur Sicherheitsüberwachung umfasst.
Zum Versorgen des Steuergeräts 32 mit Strom aus dem Bordnetz ist eine
Niedrigvoltleitung 38 vorgesehen, in welcher ebenfalls eine Schmelzsicherung 18 angeordnet sein kann. Darüber hinaus ist es möglich, in einer Leitung 40, welche der Isolationsmessung der Hochvoltbatterie 10 dient, und welche den Widerstand zwischen dem Pluspol und einem Gehäuse 42 der Hochvoltbatterie 10 sowie zwischen dem
Minuspol und dem Gehäuse 42 misst, eine Schmelzsicherung 18 vorzusehen. Eine Schmelzsicherung 18 kann des Weiteren in einer Messleitung 44 für eine
Strommesseinrichtung 46 angeordnet sein, welche ebenfalls mit dem Steuergerät 32 verbunden ist.
Des Weiteren sind vorliegend beispielhaft Schmelzsicherungen 18 in Leitungen gezeigt, welche einer Spannungsmesseinrichtung 48 bzw. einer Temperaturmesseinrichtung 50 zugeordnet sind, also der Erfassung von Spannung und Temperatur der Batteriezellen 12 dienen.
Anstatt vorhandene Sicherheitskreise für die Integration der Schmelzsicherung 18 in selbige zu nutzen, kann es jedoch auch vorgesehen sein, die Schmelzsicherung 18 oder eine derartige Einrichtung zur Temperaturerkennung in einer eigens zu diesem Zweck an das Steuergerät 32 angeschlossenen Leitung anzuordnen. Zusätzlich oder alternativ zu den beispielhaft genannten Schmelzsicherungen 18 können Farbindikatoren als Einrichtungen zur Temperaturerkennung genutzt werden, welche beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur einen Farbumschlag zeigen.
Den genannten Einrichtungen zur Temperaturerkennung ist gemeinsam, dass sie das Auftreten einer thermischen Belastung der Hochvoltbatterie 10 auch dann detektieren können, wenn kein elektrischer Stromfluss vorliegt. Bei diesen Einrichtungen zur
Temperaturerkennung ist es also nicht ein diese hindurchfließender zu starker Strom, welcher für das irreversible Überführen derselben von einem Ausgangszustand in einen zweiten Zustand sorgt. Derartige passive Bauteile ermöglichen also insbesondere eine Langzeitüberwachung der Hochvoltbatterie 10 und eine Übertemperaturerkennung unabhängig vom aktiven Betrieb der Hochvoltbatterie 10.
Wenn sich aufgrund des Überschreitens des Schwellenwerts der Temperatur eine Zustandsänderung der Einrichtung zur Temperaturerkennung, beispielsweise der Schmelzsicherung 18, eingestellt hat, so ist dieser Wechsel von dem Ausgangszustand in den zweiten Zustand irreversibel und daher für eine Bedienperson gut feststellbar. Wird das Vorliegen des zweiten Zustands bemerkt, bei der Schmelzsicherung 18 also das Geschmolzen-Sein eines entsprechend temperaturempfindlichen Elements der
Schmelzsicherung 18, so ist dies ein eindeutiger Hinweis darauf, dass die
Hochvoltbatterie 10 näher zu untersuchen ist. Bevorzugt ist hierbei eine Selbstdiagnose möglich, etwa über eine Messung des Innenwiderstands.
Insbesondere können Einrichtungen zur Temperaturerkennung unterschiedlicher Bauart zum Einsatz kommen, um die Erkennungssicherheit von Temperaturbelastungen der Hochvoltbatterie 10 zu steigern.
Die Hochvoltbatterie 10 umfasst des Weiteren einen Kühlanschluss 52, über welchen in einen Kühlkreislauf 54 der Hochvoltbatterie 10 eine Kühlflüssigkeit oder ein Kältemittel eingebracht werden kann. Ein weiterer Einlass 56 oder Auslass ist für den Druckausgleich vorgesehen. Eine Bersteinrichtung 58 sorgt dafür, dass ein aufgrund eines Fehlers auftretender zu hoher Innendruck der Hochvoltbatterie 10 abgebaut werden kann. Über einen CAN-Bus 60 erfolgt eine Kommunikation zwischen dem Steuergerät 32 der Hochvoltbatterie 10 und weiteren Komponenten des Fahrzeugs. Bezugszeichenliste
10 Hochvoltbatterie
12 Batteriezelle
14 Anschluss
16 Hochvoltsicherung
18 Schmelzsicherung
20 Interlockleitung
22 Anschluss
24 Vorladeschaltkreis
26 Leitung
28 Schütz
30 Schütz
32 Steuergerät
34 Batteriemanagementeinheit
36 Überwachungseinrichtung
38 Niedrigvoltleitung
40 Leitung
42 Gehäuse
44 Messleitung
46 Strommesseinrichtung
48 Spannungsmesseinrichtung
50 Temperaturmesseinrichtung
52 Kühlanschluss
54 Kühlkreislauf
56 Einlass
58 Bersteinrichtung
60 CAN-Bus

Claims

Patentansprüche
1. Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12) und mit wenigstens einer Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung, welcher beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur eine irreversible
Zustandsänderung widerfährt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung dazu ausgelegt ist, unabhängig von einem elektrischen Stromfluss beim Überschreiten des
Schwellenwerts von einem Ausgangszustand irreversibel in einen zweiten Zustand zu wechseln.
2. Hochvoltbatterie nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung dazu ausgelegt ist, beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Temperatur aus einem
Temperaturintervall von 60°C bis 120°C, insbesondere von 80°C bis 100°C, in den zweiten Zustand zu wechseln.
3. Hochvoltbatterie nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Mehrzahl von Einrichtungen (18) zur Temperaturerkennung an voneinander verschiedenen Einbauorten in der Hochvoltbatterie (10) angeordnet sind.
4. Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung im zweiten Zustand eine andere Farbe aufweist als im Ausgangszustand und/oder gegenüber dem Ausgangszustand deformiert ist.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Komponente der wenigstens einen Einrichtung (18) zur
Temperaturerkennung derart ausgebildet ist, dass sie beim Wechsel in den zweiten Zustand eine Änderung des Aggregatszustands erfährt, welcher zumindest mittelbar erkennbar ist.
Hochvoltbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung
in einer Leitung (20) zum Überwachen von Anschlüssen (14, 22) der
Hochvoltbatterie (10) und/oder
in einer Vorladeleitung (24) der Hochvoltbatterie (10) und/oder
in einer Leitung (26) zum Ansteuern wenigstens eines Schützes (28, 30) der
Hochvoltbatterie (10) und/oder
in einer zum Versorgen einer Steuerungseinrichtung (32) der Hochvoltbatterie (10) ausgelegten Niedrigvoltleitung (38) und/oder
in einer Leitung (40) zur Isolationsmessung der Hochvoltbatterie (10) und/oder in einer Messleitung (44) für eine Strommessung und/oder
in einer Leitung zum Erfassen einer Temperatur und/oder einer Spannung der Batteriezellen (12) der Hochvoltbatterie (10)
angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie (10) für ein Fahrzeug, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen (12) aufweist, bei welchem wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung aufgrund eines Überschreitens eines
Schwellenwerts der Temperatur irreversibel von einem Ausgangszustand in einen zweiten Zustand überführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Einrichtung (18) zur Temperaturerkennung unabhängig von einem elektrischen Stromfluss beim Überschreitens des Schwellenwerts von dem Ausgangszustand in den zweiten Zustand wechselt.
PCT/EP2013/000160 2012-02-01 2013-01-19 Hochvoltbatterie für ein fahrzeug und verfahren zum betreiben einer hochvoltbatterie WO2013113473A1 (de)

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