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DE102012213422A1 - Batteriemanagementsystem, Kraftfahrzeug und Batteriesystem - Google Patents

Batteriemanagementsystem, Kraftfahrzeug und Batteriesystem Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem, für mindestens eine Batteriezelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Batteriesystem. Erfindungsgemäß wird ein Batteriemanagementsystem (6) für mindestens eine Batteriezelle (15) zur Verfügung gestellt, wobei das Batteriemanagementsystem (6) so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad (80) zwischen Polen (10, 20) der mindestens einen Batteriezelle (15) bereitstellen kann. Erfindungsgemäß ist dabei der Strompfad (80) so ausgelegt, dass durch die Bereitstellung des Strompfades (80) ein Lichtbogen in einer Sicherung (400) der mindestens einen Batteriezelle (15) nach Auslösen der Sicherung (400) verhindert oder beendet wird. Dies erhöht die Sicherheit vor Gefahren, die von einer Batteriezelle in Fahrzeuggefahrensituationen ausgehen können.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem für eine Batteriezelle, zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen, sind zum Beispiel in Batteriesystemen von Kraftfahrzeugen, etwa Elektro- oder Hybridkraftfahrzeuge, in Verbindung mit Antrieben der Kraftfahrzeuge zu finden.
  • Batteriesysteme für den Einsatz im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen werden auch Traktionsbatterien genannt. Solche Batteriesysteme können als Systeme aus Batteriezellen und Batteriemanagementsystem ausgebildet sein. Um die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geforderte Leistung zu erbringen, werden Batteriezellen, die Elementarspannungsquellen, in Reihe und teilweise auch parallel geschaltet. Bei Elektrofahrzeugen weisen Batteriesysteme teilweise Spannungen über 450 V auf, und auch bei Hybridfahrzeugen wird die für den Kontakt mit Menschen als Unbedenklichkeitsschwelle angenommene Spannung von 60 V überschritten. Werden solche Batteriesysteme durch externe Ereignisse wie Unfälle oder Fehlfunktion in der Ansteuerung eines Leistungsschalters kurzgeschlossen, so können in den Batteriezellen Ströme mit Stromstärken entstehen, die ein Bersten oder Feuerfangen der Batterie bewirken können.
  • In der 1 ist ein Prinzipschaltbild einer Traktionsbatterie 5 nach dem Stand der Technik gezeigt, wie sie etwa aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 000 682 bekannt ist. 1 zeigt zwei Pole 10 und 20, die über einen Strompfad 30 elektrisch verbunden sind, auf dem Batteriezellen 15 als Spannungsquellen in Reihe angeordnet sind, so dass über die Pole eine durch die Zellen 15 kumulativ zur Verfügung gestellte Spannung abgenommen werden kann. Daneben weist das Modul eine Lade- und Trennvorrichtung 40 am Pluspol 10, eine Trennvorrichtung 50 am Minuspol 20 und einen Servicestecker 60 auf.
  • In der 2 ist ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle 15 nach dem Stand der Technik gezeigt, wie sie etwa aus dem US Patent 5939217 bekannt ist. Es zeigt zwei Pole 100 und 200, über die eine durch die Zelle 15 zur Verfügung gestellte Spannung einer Spannungsquelle 300 abgenommen werden kann. Daneben weist die Zelle eine Sicherung 400 am Pluspol 100 auf. Die Sicherung 400 hat die Funktion, im Falle eines abnormen Zustandes von Temperatur oder Stromfluss in der Batteriezelle 15 die Spannungsquelle 300 zuverlässig vom Pluspol 100 zu trennen.
  • Aus der internationalen Patentanmeldung WO1993010589 ist eine Vorrichtung zur Ausbalancierung der Ladezustände von Untereinheiten einer Batterie bekannt. Jede Untereinheit ist mit einem Entladestromkreis mit in Reihe geschalteten Widerständen und Sicherungen versehen. Der Entladestromkreis ist schaltbar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Batteriemanagementsystem für mindestens eine Batteriezelle zur Verfügung gestellt, wobei das Batteriemanagementsystem so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad zwischen Polen der mindestens einen Batteriezelle bereitstellen kann. Erfindungsgemäß ist dabei der Strompfad so ausgelegt, dass durch die Bereitstellung des Strompfades ein Lichtbogen in einer Sicherung der mindestens einen Batteriezelle nach Auslösen der Sicherung verhindert oder beendet wird.
  • Dies erhöht die Sicherheit vor Gefahren, die von einer Batteriezelle in Fahrzeuggefahrensituationen ausgehen können.
  • Die Erfinder haben nämlich festgestellt, dass es in Batteriezellen mit integrierter Sicherung zur Lichtbogenbildung nach Auslösen der Sicherung zum Beispiel infolge von Unfällen kommen kann.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist der Strompfad so ausgelegt, dass bei Bereitstellung des Strompfades ein Auslösen der mindestens einen Sicherung bewirkt wird. Dies erlaubt ein kontrolliertes Auslösen der Sicherung.
  • In einer Variante umfasst das Batteriemanagementsystem gemäß dem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Empfang des Auslösesignals.
  • Dies ermöglicht die Verwendung in einem Kraftfahrzeug zusammen mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung des Auslösesignals in Reaktion auf das Erkennen einer Kraftfahrzeuggefahrensituation, wobei die Vorrichtung zum Empfang des Auslösesignals mit der Vorrichtung zur Bereitstellung des Auslösesignals verbunden ist. Brand oder Bersten eines Traktionsbatteriesystems eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs infolge einer Kraftfahrzeuggefahrensituation können so verhindert werden.
  • Weiterhin werden ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 und ein Batteriesystem gemäß Anspruch 5 vorgestellt.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Prinzipschaltbild eines Batteriesystems nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein Prinzipschaltbild einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik, und
  • 3 ein Prinzipschaltbild einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 3 ist ein Prinzipschaltbild einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Es zeigt ein Batteriesystem 5, beispielsweise ein Batteriemodul, mit zwei Polen 10 und 20, die über einen Strompfad 30 elektrisch verbunden sind, auf dem Batteriezellen 15 mit Spannungsquellen 300 und Sicherungen 400 in Reihe angeordnet sind, so dass über die Pole 10, 20 des Moduls 5 eine durch die Zellen 15 zur Verfügung gestellte Spannung abgenommen werden kann. 3 zeigt weiterhin für jede Batteriezelle 15 einen zweiten, parallelen Strompfad 80, über den die Pole 10 und 20 der Batteriezelle elektrisch verbunden werden können. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann der zweite Strompfad 80 durch Schließen eines Schalters 90 bereitgestellt werden. Das Batteriemanagementsystem 6 verfügt dabei über eine zum Beispiel als Eingang ausgebildete Vorrichtung 95 zum Empfang eines Auslösesignals, das das Schließen des Schalters 90 bewirkt.
  • Der zweite Strompfad 80 ist dabei niedrigohmig, also mit einem niedrigen elektrischen Widerstandswert, ausgebildet, der ein kontrolliertes Kurzschließen des Moduls 5 ermöglicht. Durch Schließen des zweiten Strompfades 80 werden in den Zellen 15 Ströme erzeugt, die ein Auslösen mindestens einer der Sicherungen 400 und so die Unterbrechung des Strompfades 30 bewirken.
  • Die durch Schließen des zweiten Strompfades 80 erzeugten Ströme sind jedoch nicht so hoch, dass hierdurch Lichtbögen in ausgelösten Sicherungen 400 entstehen könnten oder vor Schließen des zweiten Strompfades 80 bereits bestehende Lichtbögen weiterbestehen können.
  • Das Batteriesystem gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem System zum Erkennen von Kraftfahrzeuggefahrensituationen, z. B. einem Crash-Sensor, geeignet. Nach Erkennen einer Gefahrensituation, etwa eines Unfalls, sendet der Crash-Sensor ein Auslösesignal an das Batteriesystem bzw. das Batteriemanagementsystem, welches in Reaktion auf Empfang des Auslösesignals den zweiten Strompfad schließt und so einen kontrollierten Kurzschluss der in der Batterie zusammengefassten Zellen bewirkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009000682 A [0004]
    • US 5939217 [0005]
    • WO 1993010589 [0006]

Claims (5)

  1. Batteriemanagementsystem (6) für mindestens eine Batteriezelle (15), wobei das Batteriemanagementsystem (6) so ausgelegt ist, dass es in Reaktion auf ein Auslösesignal einen Strompfad (80) zwischen Polen (10, 20) der mindestens einen Batteriezelle (15) bereitstellen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad (80) so ausgelegt ist, dass durch die Bereitstellung des Strompfades (80) ein Lichtbogen in einer Sicherung (400) der mindestens einen Batteriezelle (15) nach Auslösen der Sicherung (400) verhindert oder beendet wird.
  2. Batteriemanagementsystem (6) nach Anspruch 1, wobei der Strompfad (80) so ausgelegt ist, dass bei Bereitstellung des Strompfades (30) ein Auslösen der mindestens einen Sicherung (400) bewirkt wird.
  3. Batteriemanagementsystem (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Batteriemanagementsystem (6) eine Vorrichtung (95) zum Empfang des Auslösesignals umfasst.
  4. Kraftfahrzeug mit einem Batteriemanagementsystem (6) nach Anspruch 3 und einer Vorrichtung zur Bereitstellung des Auslösesignals in Reaktion auf das Erkennen einer Kraftfahrzeuggefahrensituation, wobei die Vorrichtung (95) zum Empfang des Auslösesignals mit der Vorrichtung zur Bereitstellung des Auslösesignals verbunden ist.
  5. Batteriesystem (5) mit einem Batteriemanagementsystem (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und der mindestens einen Batteriezelle (15).
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