DE102014200206A1 - Power interruption device for traction batteries - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Batteriepack (13) mit einer Anzahl von Batteriezellen (12), mit einer Batterie-Trenneinheit (18), die eine Lade- und Trenneinrichtung (24) für einen Pluspol (20) des Batteriepacks (13) und eine Trenneinrichtung (26) für einen Minuspol (22) des Batteriepacks (13) aufweist. Ferner ist dem Batteriepack (13) mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung(CID) (33) zugeordnet. Diese ist in einem Strompfad (38, 40) derart angeordnet, dass die Anzahl von Batteriezellen (12) eine erste Teilbatterie (54) und mindestens eine weitere zweite Teilbatterie (56, 58) bilden.The invention relates to a battery pack (13) with a number of battery cells (12), with a battery disconnecting unit (18) having a charging and disconnecting device (24) for a positive pole (20) of the battery pack (13) and a Separator (26) for a negative terminal (22) of the battery pack (13). Furthermore, at least one current interrupt device (CID) (33) is associated with the battery pack (13). This is arranged in a current path (38, 40) such that the number of battery cells (12) form a first sub-battery (54) and at least one further second sub-battery (56, 58).

Description

Stand der TechnikState of the art

Traktionsbatterien für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen in der Speisung elektrischer Antriebe. Um die bei Elektro- und Hybridfahrzeugen geforderten Leistungs- und Energiedaten zu erzielen, werden einzelne Batteriezellen in Serie und teilweise einzelne zusätzliche Batteriezellen parallel geschaltet. Bei Elektrofahrzeugen werden häufig 100 Batteriezellen und mehr in Serie verschaltet, wobei derartige Batterien Spannungen bis zu 450 Volt führen. Auch bei Hybridfahrzeugen wird üblicherer Weise die Spannungsgrenze von 60 Volt überschritten, welche bei einer Berührung durch den Menschen noch als unkritisch eingestuft wird.Traction batteries for use in electric and hybrid vehicles in the supply of electric drives. In order to achieve the required power and energy data for electric and hybrid vehicles, individual battery cells are connected in series and partially individual additional battery cells in parallel. In electric vehicles often 100 battery cells and more are connected in series, such batteries carry voltages up to 450 volts. Even in hybrid vehicles is more commonly exceeded the voltage limit of 60 volts, which is still classified as uncritical in contact with humans.

Eine in 1 dargestellte Traktionsbatterie weist neben den Batteriezellen noch weitere Funktionsgruppen wie beispielsweise eine Lade- und Trenneinrichtung am Pluspol der Batterie, eine Trenneinrichtung am Minuspol der Batterie, einen Servicestecker sowie eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (Current Interruptive Device = CID) auf. Die oben stehend genannten weiteren Funktionsgruppen einer Traktionsbatterie haben folgende Aufgaben:
Mit den beiden Trennschaltern in den Trenneinrichtungen, die sowohl am Pluspol, wie auch am Minuspol der Traktionsbatterie vorgesehen sind, können die Batteriezellen an beiden Polen abgeschaltet werden. Dies wird als zweipolige Abschaltung von Batteriezellen bezeichnet. Damit besteht die Möglichkeit, die Batterie im Stillstand oder in sicherheitskritischen Situationen, so zum Beispiel bei Auftreten eines Unfalls vom Traktionsbordnetz des Fahrzeuges abzutrennen, bzw. im Fahrbetrieb dem Traktionsbordnetz zuzuschalten – je nach Erfordernis und Fahrsituation.
An in 1 shown traction battery has next to the battery cells even more functional groups such as a charging and disconnecting device at the positive pole of the battery, a separator at the negative pole of the battery, a service connector and a current interrupt device (CID). The above-mentioned further functional groups of a traction battery have the following tasks:
With the two circuit breakers in the separating devices, which are provided both at the positive pole, as well as at the negative pole of the traction battery, the battery cells can be switched off at both poles. This is called bipolar shutdown of battery cells. This makes it possible to disconnect the battery at a standstill or in safety-critical situations, such as the occurrence of an accident from the traction board network of the vehicle, or switch to the traction power supply while driving - depending on the requirement and driving situation.

Die Ladeeinrichtung, die beispielsweise am Pluspol der Batterie vorgesehen sein kann, hat die Aufgabe, Ausgleichsströme im Traktionsbordnetz beim Zuschalten der Traktionsbatterie auf Grenzwerte zu begrenzen. Mittels der Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) können bei einem externen Kurzschluss der Traktionsbatterie die einzelnen Batteriezellen vor einer Überlastung durch unzulässig hohe Ströme geschützt werden. Ohne diese Maßnahme könnten beispielsweise die Lithium-Ionen-Batteriezellen einen „Thermal Runaway“ durchlaufen, wobei Batteriemodule und die in diesen verbauten Batteriezellen ernsten Schaden nehmen können.The charging device, which may be provided, for example, at the positive pole of the battery, has the task of limiting equalizing currents in the traction power supply when switching on the traction battery to limit values. By means of the current interruption device (CID), the individual battery cells can be protected against overloading by impermissibly high currents in the event of an external short circuit of the traction battery. Without this measure, for example, the lithium-ion battery cells could undergo a "thermal runaway", whereby battery modules and the battery cells installed in them can be seriously damaged.

Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass die oben stehend erwähnten Lade- und Trenneinrichtungen an den beiden Polen der Batterie sowie die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) gemäß des Standes der Technik in einer Batterie-Disconnect-Unit (BDU) in Form einer Gehäusegemeinschaft als Komponente in den Batteriesystemen verbaut sind. Ein in 1 ebenfalls dargestellter Servicestecker muss aus Sicherheitsgründen bei Wartungsarbeiten der Batterie abgezogen werden. Dies kann dadurch erzwungen werden, dass das Batteriegehäuse nur geöffnet werden kann, wenn zuvor der Servicestecker abgezogen wurde. Die Batteriezellen werden daher sicher einpolig abgetrennt, auch wenn die beiden Trennschalter in den Trenneinrichtungen aufgrund einer Fehlfunktion nicht geöffnet haben sollten.The representation according to 1 It can be seen that the above-mentioned charging and disconnecting devices at the two poles of the battery and the current interruption device (CID) according to the prior art in a battery disconnect unit (BDU) in the form of a housing community as a component are installed in the battery systems. An in 1 also shown service plug must be removed for safety reasons during maintenance of the battery. This can be enforced by the fact that the battery case can only be opened if the service plug was previously removed. The battery cells are therefore safely unipolar disconnected, even if the two disconnectors should not have opened in the disconnectors due to malfunction.

In der Darstellung gemäß 2 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Li-Ionen-Batteriezelle gemäß des Standes der Technik näher dargestellt. Speziell bei Batteriezellen für verbrauchernahe Anwendungen, zum Beispiel für Laptops und für Werkzeuge, wird in die Batteriezelle eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) integriert. Dabei handelt es sich in der Regel um einen in die jeweilige Batteriezelle integrierten Überstromschutzmechanismus, der einer Schmelzsicherung ähnelt. Wird die betreffende Batteriezelle mit einem zu hohen Strom belastet – so zum Beispiel durch einen externen Kurzschluss des Batteriesystems, in dem die Batterie verbaut ist – wird die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) aktiviert, beispielsweise durch schmelzen eines verjüngt ausgebildeten stromführenden Elements. Dadurch wird die Batteriezelle vor einer Überlastung geschützt, infolge derer es zu einer unzulässig hoher Erwärmung kommen könnte. Diese Temperaturbegrenzung ist speziell bei Li-Ionen-Batteriezellen wichtig, da eine unzulässig hohe Erwärmung zu einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle führen könnte.In the illustration according to 2 is an electrical equivalent circuit diagram of a Li-ion battery cell according to the prior art shown in more detail. Especially in battery cells for consumer applications, such as for laptops and tools, a power interruption device (CID) is integrated into the battery cell. This is usually a built-in battery cell overcurrent protection mechanism, which is similar to a fuse. If the battery cell in question is loaded with too high a current - for example due to an external short circuit of the battery system in which the battery is installed - the current interruption device (CID) is activated, for example by melting a tapered current-carrying element. As a result, the battery cell is protected from overloading, as a result of which it could come to an inadmissibly high temperature. This temperature limitation is especially important for Li-ion battery cells, as an inadmissibly high temperature rise could lead to thermal runaway of the battery cell.

Werden Batteriesysteme, insbesondere Traktionsbatteriesysteme für Hybrid- und Elektrofahrzeuge gemäß der in 1 dargestellten Architektur aufgebaut und kommen bei diesen Traktionsbatteriesystemen Batteriezellen integrierten Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) zum Einsatz, können die Batteriezellen bei einem Auslösevorgang einer zellintern angeordneten Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) sehr hohen negativen Spannungen ausgesetzt sein. Diese negative Spannung kann dem Betrage nach Werte annehmen, die nahezu der gesamten Batteriespannung entsprechen können. Dadurch werden an zellintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) sehr hohe Anforderungen bezüglich der Stromabschaltfähigkeit gestellt, da gegen sehr hohe Spannungen abzuschalten ist. Andererseits muss eine Batteriezelle nach der Aktivierung ihrer Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) sehr hohe negative Spannungen zwischen ihren beiden Zellterminals, d. h. zwischen Plus- und Minuspol sperren können, ohne dass es zu elektrischen Überschlägen, oder zu elektrochemischen Reaktionen, beispielsweise im Elektrodenensemble der Batteriezelle kommt.Be battery systems, especially traction battery systems for hybrid and electric vehicles according to the in 1 architecture constructed and come in these traction battery systems battery cell integrated power interruption devices (CID) are used, the battery cells can be exposed to very high negative voltages in a tripping operation of an in-cell arranged power interruption device (CID). In magnitude, this negative voltage can assume values that can correspond to almost the entire battery voltage. As a result, very high demands are made with regard to the current turn-off capability on cell-internal current interruption devices (CID), since it is necessary to switch off against very high voltages. On the other hand, after activating its current interruption device (CID), a battery cell must be able to block very high negative voltages between its two cell terminals, ie between positive and negative poles, without resulting in electrical flashovers or electrochemical reactions, for example in the electrode ensemble of FIG Battery cell is coming.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriepack vorgeschlagen, welches aus einer Anzahl von Batteriezellen gebildet ist und eine Batterie-Trenneinheit umfasst, die eine Lade- und Trenneinrichtung für einen Pluspol enthält und eine Trenneinrichtung für einen Minuspol aufweist, wobei das Batteriepack mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) umfasst und diese derart angeordnet ist, dass die Batteriezellen in eine erste Teilbatterie und mindestens in eine zweite Teilbatterie unterteilt ist.According to the invention, a battery pack is proposed, which is formed from a number of battery cells and comprises a battery disconnecting unit which contains a positive pole loading and disconnecting device and has a negative pole disconnecting device, the battery pack comprising at least one current interrupting device ( CID) and this is arranged such that the battery cells is divided into a first sub-battery and at least a second sub-battery.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Unterteilung der Gesamtanzahl von mehr als hundert einzelnen Batteriezellen in mindestens zwei Teilbatterien bzw. Teilmodule durch entsprechend geschickte Wahl des Einbauortes der mindestens einen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) kann erreicht werden, dass die bei einem Auslösevorgang einer zellintern angeordneten Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) auftretenden sehr hohen negativen Spannungen zumindest halbiert werden können. Dadurch können die Anforderungen bezüglich der Stromabschaltfähigkeit bei batterieintern angeordneten Strom-Unterbrechungs-Einheiten deutlich reduziert werden. Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wahl des Einbauortes der mindestens einen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) erreicht werden, dass eine entsprechende Batteriezelle nach der Aktivierung einer jeweiligen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) auftretende Spannungen zwischen zwei Terminals sperren kann, wobei der Betrag der Spannungen im Vergleich zu Lösungen gemäß des Standes der Technik erheblich reduziert, zumindest halbiert ist. Dadurch können elektrische Überschläge oder elektrische Reaktionen vermieden werden.By inventively proposed subdivision of the total number of more than a hundred individual battery cells in at least two sub-batteries or sub-modules by appropriately skillful choice of installation location of the at least one current interrupt device (CID) can be achieved that arranged at a tripping process of a cell internal power Interruption device (CID) occurring very high negative voltages can be at least halved. As a result, the requirements in terms of Stromabschaltfähigkeit can be significantly reduced at battery internally arranged power interruption units. At the same time can be achieved by the inventively proposed choice of installation of the at least one current interrupt device (CID) that a corresponding battery cell after activation of a respective power interruption device (CID) can block occurring voltages between two terminals, said Amount of voltages compared to solutions according to the prior art significantly reduced, at least halved. As a result, electrical flashovers or electrical reactions can be avoided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens, ist die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) als Schmelzsicherung ausgeführt. In einer kostengünstigen und zuverlässigen Ausführungsmöglichkeit ist eine Ausbildung einer Schmelzsicherung als Querschnittsverjüngung eines elektrischen Leiters vorgesehen. Des Weiteren kann der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend die Anzahl von Batteriezellen, von denen bis zu hundert und mehr elektrisch miteinander verschaltet sind, durch den Einsatz von mindestens zwei Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) in eine erste Teilbatterie oder ein erstes Batteriemodul, eine zweite Teilbatterie bzw. ein zweites Batteriemodul und eine dritte Teilbatterie bzw. ein drittes Batteriemodul unterteilt werden. Bei dieser Ausführungsvariante besteht die Möglichkeit, die negative Spannung, die bei einem Auslösevorgang einer Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) auftritt, nicht nur zu halbieren, sondern noch weiter zu reduzieren.In an advantageous embodiment of the invention underlying idea, the at least one current interrupt device (CID) is designed as a fuse. In a cost-effective and reliable embodiment, a design of a fuse is provided as a cross-sectional taper of an electrical conductor. Furthermore, the solution proposed according to the invention may be followed by the number of battery cells, of which up to a hundred and more are electrically interconnected, by the use of at least two current interrupt devices (CID) in a first sub-battery or a first battery module, a second Partial battery or a second battery module and a third sub-battery or a third battery module are divided. In this embodiment, it is possible to not only halve, but even further reduce the negative voltage that occurs during a tripping operation of a current interrupt device (CID).

In fertigungstechnisch besonders einfacher Hinsicht besteht die Möglichkeit, bei Einsatz einer zellinternen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID), diese derart einzubauen, dass zueinander symmetrische erste und zweite Teilbatterien bzw. Batteriemodule gebildet werden, d. h. die einzelnen durch die symmetrische Unterteilung entstandenen Teilbatterien bzw. Batteriemodule jeweils eine identische Anzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen aufweisen.In particularly simple manufacturing terms, there is the possibility, when using a cell-internal power interruption device (CID), to install them in such a way that mutually symmetrical first and second sub-batteries or battery modules are formed, d. H. the individual partial batteries or battery modules formed by the symmetrical subdivision each have an identical number of interconnected battery cells.

Vorteilhafte Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wahl des Einbauortes der mindestens einen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) liegen zum einen darin, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) im Strompfad zwischen einer ersten Teilbatterie bzw. ersten Batteriemodul und einem Servicestecker angeordnet wird. Ein Servicestecker dient an einem Gehäuse eines Batteriepacks bzw. eines Batteriemoduls dazu, dass erst nach Entfernung des Servicesteckers ein Gehäusedeckel des Batteriemoduls bzw. des Batteriepacks geöffnet werden kann, sodass der Innenraum des Gehäuses zugänglich wird. Weiterhin kann die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) auch zwischen dem Servicestecker und einer sich stromab von diesem angeordneten zweiten Teilbatterie bzw. zweiten Batteriemoduls angeordnet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) unmittelbar direkt in den Servicestecker zu integrieren.Advantageous embodiments of the inventively proposed choice of the installation location of the at least one current interrupt device (CID) are on the one hand that the at least one current interrupt device (CID) arranged in the current path between a first sub-battery or first battery module and a service connector becomes. A service connector is used on a housing of a battery pack or a battery module to ensure that only after removal of the service connector, a housing cover of the battery module or the battery pack can be opened so that the interior of the housing is accessible. Furthermore, the at least one current interrupt device (CID) can also be arranged between the service connector and a second sub-battery or second battery module arranged downstream of it. It is also possible to integrate the at least one power interruption device (CID) directly directly into the service connector.

Die mindestens eine eingesetzte Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) kann beispielsweise in einem Hochstromverbinder zwischen zwei Batteriezellen eines Batteriemoduls angeordnet werden, sodass ein interner Kurzschluss zwischen zwei benachbarten Batteriezellen abgesichert werden kann. In den mindestens zwei gebildeten Teilbatterien bzw. den mindestens zwei gebildeten Batteriemodulen eines Batteriepacks können die internen Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) auch derart angeordnet werden, dass ein Kurzschluss innerhalb einer jeweiligen Teilbatterie hinsichtlich der Stromabschaltfähigkeit und der abzusichernden Restspannung abgesichert werden kann.The at least one inserted current interrupt device (CID) can be arranged for example in a high-current connector between two battery cells of a battery module, so that an internal short circuit between two adjacent battery cells can be secured. In the at least two formed sub-batteries or the at least two formed battery modules of a battery pack, the internal current interruption devices (CID) can also be arranged such that a short circuit within a respective sub-battery with respect to Stromabschaltfähigkeit and the residual voltage to be hedged can be hedged.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Je nach erfindungsgemäß vorgeschlagener Anordnung von mindestens einer Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) innerhalb einer Anzahl elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen, kann zumindest eine Halbierung der negativen Spannung, die bei einem Auslösevorgang einer zellintern angeordneten Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) auftritt, erreicht werden. Dadurch können die Anforderungen an batterieintern verbaute Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) hinsichtlich der Stromabschaltfähigkeit reduziert werden, da nun nicht mehr gegen sehr hohe Spannungen abgeschaltet werden muss, die in der Größenordnung von 400 Volt und mehr liegen, sondern dass die Spannung, gegen die abgeschaltet werden muss, beispielsweise in der Größenordnung von 200 Volt liegt. Depending on the inventively proposed arrangement of at least one current interrupt device (CID) within a number of electrically interconnected battery cells, at least halving the negative voltage that occurs in a tripping operation of an in-cell current interruption device (CID) achieved become. This allows the requirements for in-battery power interruption devices (CID) in terms of Stromabschaltfähigkeit be reduced, since now no longer must be switched off against very high voltages, which are of the order of 400 volts and more, but that the voltage against which must be turned off, for example, in the order of 200 volts.

Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erreicht werden, dass eine Batteriezelle selbst nach der Aktivierung ihrer jeweiligen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) zuverlässig Spannungen zwischen den beiden Zellterminals sperren kann, da die dort auftretenden hohen negativen Spannungen halbiert sind. Dadurch ist sichergestellt, dass elektrische Überschläge oder elektrochemische Reaktionen im Elektrodenensemble einer Batteriezelle von Traktionsbatterien vermieden werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung in ihren verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten, kann die Sicherheit von Traktionsbatterien, wie sie an Elektro- und Hybridfahrzeugen, eingesetzt werden, erheblich verbessert werden.Furthermore, it can be achieved by the proposed solution according to the invention that a battery cell can reliably block voltages between the two cell terminals even after the activation of their respective current interruption device (CID), since the high negative voltages occurring there are halved. This ensures that electrical flashovers or electrochemical reactions in the electrode ensemble of a battery cell of traction batteries are avoided. The proposed solution according to the invention in its various possible embodiments, the safety of traction batteries, such as those used on electric and hybrid vehicles, can be significantly improved.

Eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID), wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann keinen inneren Kurzschluss, der auf Grund eines Unfalls entstanden sein könnte, verhindern. Eine einzelne insoliert angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) kann einen aufgetretenen Kurzschluss nicht einmal entdecken.A current interrupt device (CID), as known in the art, can not prevent an internal short circuit that may have occurred due to an accident. A single isolated power interrupt device (CID) can not even detect a short circuit that has occurred.

Mit einer Anzahl von Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID), die im Strompfad eingebaut sind, kann ein wesentlich sicheres Batteriesystem angeboten werden. Das Positionierung mindestens einer Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) innerhalb des Batteriesystems und insbesondere dessen Unterteilung in Batteriemodule bzw. Teilbatterien als jeweils einzelne Einheiten (Darstellung gemäß der 4 und 5) bietet ein wesentlich sichereres Batteriesystem. Die Gesamtspannung, welche in einer jeden Teilbatterie bzw. einem jeden Batteriemodul erzeugt wird, liegt erheblich unter der, die sich einstellte, wenn die Gesamtheit von Batteriezellen als eigene Einheit betrieben würde. Aus dem Einsatz einer Vielzahl von Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) ergibt sich, dass die Anwesenheit individueller Batteriezellensicherungen, d.h. innerhalb einer jeden Batteriezelle vorzusehender Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) nicht mehr erforderlich ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lassen sich Batteriesysteme schaffen, die ohne das zusätzliche Erfordernis individueller Batteriezellensicherungen auskommen.With a number of current interruption devices (CID) installed in the current path, a much safer battery system can be offered. The positioning of at least one current interrupt device (CID) within the battery system and in particular its subdivision into battery modules or sub-batteries as individual units (representation according to the 4 and 5 ) offers a much safer battery system. The total voltage that is generated in each sub-battery or each battery module is significantly lower than that which would occur if the totality of battery cells operated as a separate unit. From the use of a plurality of power interruption devices (CIDs) it follows that the presence of individual battery cell fuses, ie within each battery cell to be provided current interruption device (CID) is no longer necessary. By the proposed solution according to the invention can be created battery systems that do without the additional requirement of individual battery cell fuses.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 das Prinzipschaltbild einer Traktionsbatterie gemäß des Standes der Technik, die elektrisch mit einer Batterie-Trenneinheit verbunden ist, 1 the schematic diagram of a traction battery according to the prior art, which is electrically connected to a battery disconnecting unit,

2 bei Traktionsbatterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen auftretende Kurzschlusspfade bei einem externen und bei einem internen Kurzschluss, 2 Short-circuit paths occurring in traction batteries of electric and hybrid vehicles with an external and an internal short circuit,

3 eine Schar von Auslösekennlinien, welche als Charakteristikum für das Auslösen einer Stromunterbrechungseinrichtung innerhalb eines Überstrombereiches charakterisieren, 3 a family of tripping characteristics which characterize a characteristic for the tripping of a current interruption device within an overcurrent range,

4 eine Anordnungsmöglichkeit von Stromunterbrechungseinheiten an verschiedenen Orten innerhalb eines Batteriepacks und 4 an arrangement possibility of power interruption units at different locations within a battery pack and

5 eine Anzahl von Batteriezellen, die elektrisch miteinander verschaltet und durch die erfindungsgemäße Anordnung zweier Stromunterbrechungseinheiten in Teilbatterien bzw. Batteriemodule unterteilt sind. 5 a number of battery cells, which are electrically interconnected and divided by the inventive arrangement of two power interruption units in sub-batteries or battery modules.

1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Traktionsbatterie gemäß des Standes der Technik, wie sie an Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommt. 1 shows a schematic diagram of a traction battery according to the prior art, as it comes to electric and hybrid vehicles used.

1 zeigt ein Gehäuse 10, in dem eine Anzahl von Batteriezellen 12, beispielsweise hundert Stück und mehr untergebracht sind. Die Anzahl von Batteriezellen 12 bildet ein Batteriepack 13. Die einzelnen Batteriezellen 12 sind untereinander über Zellverbinder 14 elektrisch miteinander verschaltet, in der Regel in Serienverschaltung; es können jedoch auch Gruppen von Batteriezellen 12 elektrisch parallel verschaltet werden. 1 shows a housing 10 in which a number of battery cells 12 , for example, a hundred and more are housed. The number of battery cells 12 forms a battery pack 13 , The individual battery cells 12 are interconnected via cell connectors 14 electrically interconnected, usually in series connection; however, there may also be groups of battery cells 12 electrically connected in parallel.

Dem Gehäuse 10 mit der Anzahl von Batteriezellen 12 ist eine Batterie-Trenneinheit 18 (Battery Disconect Unit = BDU) vorgeschaltet. Diese ist ihrerseits sowohl mit einem Pluspol 20 des Batteriepacks 13 als auch mit einem Minuspol 22 des Batteriepacks 13 verbunden. Die Batterie-Trenneinheit 18 umfasst eine Lade- und Trenneinrichtung 24, die dem Pluspol 20 zugeordnet ist, ferner eine Trenneinrichtung 26 für den Minuspol 22. Die Lade- und Trenneinrichtung 24 für den Pluspol 20 umfasst einen Trennschalter 28 zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zum Pluspol 20 sowie einen Ladeschalter 30, dem ein Ladewiderstand 32 nachgeschaltet ist. Aus der Darstellung gemäß 1 geht weiterhin hervor, dass sich innerhalb der Batterie-Trenneinheit 18 eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 befindet. Diese ist beispielsweise als Schmelzsicherung 34 ausgebildet. Daneben umfasst die Batterie-Trenneinheit 18 innerhalb der Trenneinrichtung 26, die dem Minuspol 22 zugeordnet ist, einen Trennschalter 36, durch welchen eine elektrisch leitende Verbindung zum Minuspol 22 unterbrochen werden kann. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass dem Gehäuse 10 des Batteriepacks 13 ein Servicestecker 16 zugeordnet ist. Sobald der Servicestecker 16 vom Gehäuse 10 des Batteriepacks 13 entfernt ist, ist das Innere des Gehäuses 10, in dem die elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen 12 aufgenommen sind, von außen zugänglich. Durch den Servicestecker 16 ist eine Zugangssicherung gegeben. Durch das Entfernen des Servicesteckers 16 werden die im Gehäuse 10 aufgenommenen Batteriezellen 12 sicher einpolig abgetrennt, auch wenn die beiden Trennschalter 28 bzw. 36, die in der Batterie-Trenneinheit 18 vorgesehen sind, möglicherweise aufgrund einer Fehlfunktion nicht geöffnet sind.The case 10 with the number of battery cells 12 is a battery disconnecting unit 18 (Battery Disconect Unit = BDU). This is in turn both with a positive pole 20 of the battery pack 13 as well as with a negative pole 22 of the battery pack 13 connected. The battery disconnecting unit 18 includes a loading and separating device 24 that the plus pole 20 is assigned, further a separator 26 for the negative pole 22 , The loading and separating device 24 for the positive pole 20 includes a circuit breaker 28 for interrupting the electrical connection to the positive pole 20 and a charging switch 30 which has a charging resistance 32 is downstream. From the illustration according to 1 goes on to show that inside the battery disconnecting unit 18 a power interrupt device (CID) 33 located. This is for example as a fuse 34 educated. In addition, the battery separation unit includes 18 within the separator 26 that the negative pole 22 is assigned, a circuit breaker 36 , by which an electrically conductive connection to the negative pole 22 can be interrupted. For completeness, it should be mentioned that the housing 10 of the battery pack 13 a service plug 16 assigned. Once the service plug 16 from the case 10 of the battery pack 13 is removed, is the inside of the case 10 in which the electrically interconnected battery cells 12 are accessible from the outside. Through the service connector 16 is given an access protection. By removing the service plug 16 be in the case 10 recorded battery cells 12 safely disconnected from one pole, even if the two circuit breakers 28 respectively. 36 included in the battery disconnecting unit 18 are provided, may not be opened due to a malfunction.

Der Darstellung gemäß 2 sind Kurzschlusspfade von Strömen bei Auftreten eines externen und bei Auftreten eines internen Kurzschlusses innerhalb einer Traktionsbatterie von Elektro- und Hybridfahrzeugen zu entnehmen.The representation according to 2 Figure 3 shows short-circuit paths of currents when an external and an internal short-circuit occurs within a traction battery of electric and hybrid vehicles.

Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erörtert, zeigt 2 unter Bezugnahme auf die bereits oben bestehend skizzierten Komponenten einer Traktionsbatterie, ebenfalls ein Gehäuse 10, in dem eine Anzahl elektrisch miteinander verschalteter Batteriezellen 12 untergebracht ist. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 12, beispielsweise mehr als hundert Stück, bilden ein Batteriepack 13. Die einzelnen Batteriezellen 12 sind elektrisch seriell oder parallel durch Zellverbinder 14 verbunden. Der Servicestecker 16 ist aus Sicherheitsgründen bei Wartungsarbeiten am Batteriepack 13 abzuziehen. Das Abziehen des Servicesteckers 16 ermöglicht die Öffnung des Gehäuses 10, sodass nur bei Entfernen des Servicesteckers 16 das Innere des Gehäuses 10 zugänglich ist. Die Batteriezellen 12 werden auf diese Weise sicher einpolig abgetrennt, auch wenn die beiden Trennschalter 28, 36 in der Darstellung gemäß 2, die die elektrischen Verbindungen zum Pluspol 20 bzw. zum Minuspol 22 herstellen, aufgrund einer Fehlfunktion nicht öffnen sollten. Aus 2 ergibt sich des Weiteren, dass in dieser Ausführungsvariante die Batterie-Trenneinheit 18, die Lade- und Trenneinrichtung 24, die dem Pluspol 20 zugeordnet ist und die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 in Form einer Schmelzsicherung 34 umfasst. 2 zeigt, dass bei einem externen Kurzschluss der Traktionsbatterie ein niederohmiger Kurzschlusspfad 38 vorliegt. Ein externer Kurzschluss kann zum Beispiel dann erfolgen, wenn in einem Inverter eines Traktionsantriebes ein „heißer Zweig“ auftritt, bei dem beide Leistungsschalter einer Phase aufgrund eines Fehlers eingeschaltet werden und dadurch ein sehr niederohmiger Kurzschlusspfad gebildet wird.As already related to 1 discussed, shows 2 with reference to the already outlined above components of a traction battery, also a housing 10 in which a number of electrically interconnected battery cells 12 is housed. A plurality of battery cells 12 For example, more than a hundred pieces form a battery pack 13 , The individual battery cells 12 are electrically serial or parallel through cell connectors 14 connected. The service plug 16 is for safety reasons during maintenance work on the battery pack 13 deducted. The removal of the service plug 16 allows the opening of the housing 10 so only when removing the service plug 16 the interior of the case 10 is accessible. The battery cells 12 are safely disconnected in this way unipolar, even if the two circuit breakers 28 . 36 in the illustration according to 2 that the electrical connections to the positive pole 20 or to the negative pole 22 should not open due to a malfunction. Out 2 it also follows that in this embodiment, the battery disconnecting unit 18 , the loading and separating device 24 that the plus pole 20 is assigned and the power interrupt device (CID) 33 in the form of a fuse 34 includes. 2 shows that in the case of an external short circuit of the traction battery, a low-resistance short circuit path 38 is present. An external short circuit may occur, for example, when a "hot branch" occurs in an inverter of a traction drive, in which both circuit breakers of a phase are switched on due to an error, thereby forming a very low-resistance short-circuit path.

Andererseits kann ein interner Kurzschlusspfad 40 in Folge eines Unfalles entstehen. In diesem Falle geraten Terminals mehrerer Batteriezellen 12 aufgrund einer mechanischen Deformierung mit elektrisch leitfähigen Batterieteilen, wie beispielsweise einem metallischen Batteriedeckel, welcher das Gehäuse 10 abdeckt, in Berührung. Im Falle des externen Kurzschlusspfades 38 fließt der Kurzschlussstrom über die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 des Batteriesystems. Werden Batteriezellen 12 eingesetzt, die eine batteriezelleninterne Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 aufweisen, erfolgt eine Abstimmung von Auslösekennlinien dieser Strom-Unterbrechungs-Einrichtung in folgender Form:
Die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33, die in der Batterie-Trenneinheit 18 vorgesehen ist, löst bei Auftreten unzulässig hoher Ströme deutlich schneller aus als zellintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33. Üblicherweise hat die Auslösecharakteristik hinsichtlich des Auslösezeitpunktes einer Strom-Unterbrechungs-Einheit (CID) 33 der Batterie-Trenneinheit 18 über einen Überstrombereich 42 (vergleiche Darstellung gemäß 3) eine um den Faktor 10 geringere Auslösezeit, verglichen mit der Auslösezeit, die zellintern verbaute Strom-Unterbrechungs-Einheiten (CID) 33 aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Auftreten eines externen Kurzschlusses gemäß des Kurzschlusspfades 38 in 2 in der Traktionsbatterie die Strom-Unterbrechungs-Einheit (CID) 33 des Batteriesystems schnell auslöst und gleichzeitig keine batteriezellenintern vorgesehene Strom-Unterbrechungs-Einheit (CID) 33 auslöst. Damit muss die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33, die in der Batterie-Trenneinheit 18 für das gesamte Batteriesystem vorgesehen ist, den Kurzschlussstrom, der über den externen Kurzschlusspfad 38 fließt, gegen die gesamte Batteriespannung abschalten können. Dies stellt das Auslegungskriterium für die Abschaltfähigkeit der Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 dar.
On the other hand, an internal short circuit path 40 arising as a result of an accident. In this case terminals of several battery cells are advised 12 due to mechanical deformation with electrically conductive battery parts, such as a metallic battery cover, which houses the housing 10 covers, in contact. In case of external short circuit path 38 the short-circuit current flows through the current interruption device (CID) 33 of the battery system. Become battery cells 12 using a battery cell internal power interruption device (CID) 33 have a matching of tripping characteristics of this power interruption device in the following form:
The power interruption device (CID) 33 included in the battery disconnecting unit 18 is provided triggers when occurring inadmissibly high currents much faster than arranged inside the cell Power Interrupt Devices (CID) 33 , Usually, the tripping characteristic has regard to the tripping time of a current interrupt unit (CID) 33 the battery disconnecting unit 18 over an overcurrent area 42 (compare illustration according to 3 ) one by one factor 10 Lower trip time, compared to the trip time, the in-cell power interruption units (CID) 33 exhibit. This ensures that if an external short circuit occurs according to the short circuit path 38 in 2 in the traction battery the power interrupt unit (CID) 33 of the battery system triggers quickly and at the same time no battery cell internal provided power interruption unit (CID) 33 triggers. This requires the power interrupt device (CID) 33 included in the battery disconnecting unit 18 is provided for the entire battery system, the short-circuit current, via the external short-circuit path 38 flows, can turn off against the entire battery voltage. This provides the design criterion for the shutdown capability of the power interruption device (CID) 33 represents.

Bei Auftreten eines batterieinternen Kurzschlusses, vergleiche der interne Kurzschlusspfad 40, fließt der auftretende Kurzschlussstrom in der Regel nicht über die Strom-Unterbrechungs-Einheit 33 der Batterie-Trenneinheit 18; es handelt sich vielmehr um einen niederohmigen Kurzschluss, der mit unzulässig hohen Strömen für die im internen Kurzschlusspfad 40 befindlichen Batteriezellen 12 verbunden ist, so dass mindestens eine der batteriezellenintern vorgesehenen Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 auslöst. Die zellintern vorgesehenen Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 sind in der Regel als Verjüngung von Stromleitern realisiert und weisen daher im Bezug aufeinander große Toleranzen auf. Aufgrund dieser hohen Toleranzen besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass eine der batteriezelleninternen Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 schneller auslöst als andere, im internen Kurzschlusspfad 40 befindliche Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33. Ein in diesem Falle auftretender Kurzschlussstrom ist gegen die Summenspannung aller im Kurzschlusspfad liegenden Batteriezellen 12 abzuschalten.If a battery internal short circuit occurs, compare the internal short circuit path 40 , the occurring short circuit current usually does not flow through the current interrupt unit 33 the battery disconnecting unit 18 ; it is rather a low-resistance short circuit, with inadmissibly high currents for the internal short circuit path 40 located battery cells 12 is connected so that at least one of the battery cell internal provided power interruption devices (CID) 33 triggers. The in-cell power interruption devices (CID) 33 are usually realized as a taper of conductors and therefore have in relation to each other large tolerances. Due to these high tolerances, there is a high probability that one of the battery cell internal power interruption devices (CID) 33 triggers faster than others in the internal short circuit path 40 current interruption devices (CID) 33 , A short-circuit current occurring in this case is against the sum voltage of all lying in the short circuit path battery cells 12 off.

Bei Batteriesystemen gemäß des Standes der Technik bedeutet dies, dass im ungünstigsten Falle auch bei einem batterieinternen Kurzschluss. entsprechend des internen Kurzschlusspfades 40 alle dort angeordneten Batteriezellen 12 gegen die gesamte Batteriespannung abschalten müssen. Nachdem nun bei Auftreten eines batterieinternen Kurzschlusses die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 mit der kürzesten Auslösezeit angesprochen hat, sperrt diese Batteriezelle 12 bei weiter aufrechterhaltenem internen Kurzschlusspfad 40 die Summenspannung aller im internen Kurzschlusspfad 40 liegenden Batteriezellen 12 – also im ungünstigsten Fall die gesamte Batteriespannung – in negative Richtung. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an die batteriezellenintern eingesetzten Strom-Unterbrechungs-Einheiten 33, die sich nur mit sehr hohem Aufwand und dadurch bedingt mit erheblichen zusätzlichen Kosten erfüllen lassen.In battery systems according to the prior art, this means that in the worst case, even with a battery-internal short circuit. according to the internal short-circuit path 40 all arranged there battery cells 12 must shut off against the entire battery voltage. Now that the current interruption device (CID) has occurred after the occurrence of a battery-internal short circuit 33 has responded with the shortest trip time blocks this battery cell 12 with further maintained internal short circuit path 40 the sum voltage of all in the internal short circuit path 40 lying battery cells 12 - In the worst case, the entire battery voltage - in the negative direction. This places very high demands on the battery-cell-internal current interruption units 33 , which can be fulfilled only with very high effort and therefore with considerable additional costs.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 3 sind Auslösekennlinien von Strom-Unterbrechungs-Einheiten gegenübergestellt, sowohl für das Batteriesystem bzw. der Batterie-Trenneinheit als auch zellintern für einzelne Batteriezellen.The representation according to 3 are tripping characteristics of current interruption units faced, both for the battery system and the battery disconnecting unit as well as cell-internal for individual battery cells.

Aus der Darstellung 3 geht hervor, dass eine Auslösekennlinien-Schar 44 einen im Wesentlichen asymptotischen Verlauf aufweist. Aufgetragen über einen Überstrombereich 42, der sich gemäß der Darstellung in 3 zwischen 800 Ampère und 8000 Ampère erstreckt, ist entsprechend einer jeden Auslösekennlinie 48 eine Auslösezeit aufgetragen.From the presentation 3 it turns out that a tripping characteristic flock 44 has a substantially asymptotic course. Placed over an overflow area 42 which, as shown in 3 between 800 amps and 8000 amps, is equivalent to each tripping characteristic 48 applied a tripping time.

Jenseits einer Grenzkennlinie 46 ergeben sich unterschiedliche Bereiche. Die oberhalb der Grenzkennlinie 46 liegenden Auslösekennlinien 48 zeigen Auslösezeiten für zellinterne Strom-Unterbrechungs-Einheiten 33, während die mit Bezugszeichen 50 identifizierten Auslösekennlinien für eine Auslösezeiten für die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 zeigen, die gemäß der Darstellung in 2 in der Batterie-Trenneinheit 18 des Batteriesystems einer Traktionsbatterie angeordnet ist.Beyond a limit characteristic 46 arise different areas. The above the limit characteristic 46 lying tripping characteristics 48 show trip times for in-cell power interruption units 33 while with the reference numerals 50 identified tripping characteristics for a tripping time for the current interruption device (CID) 33 show, as shown in 2 in the battery disconnecting unit 18 the battery system of a traction battery is arranged.

Durch die Doppelpfeile ist angedeutet, dass die Auslösezeit entsprechend der Auslösekennlinien 50 unterhalb der Grenzkennlinie 46 für eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33, in einer Batterie-Trenneinheit 18, um mindestens den Faktor 10 geringer ist, verglichen mit den Auslösezeiten für Strom-Unterbrechungs-Einheiten 33, die batteriezellenintern angeordnet sind, gemäß der Auslösekennlinien 48, die oberhalb der Grenzkennlinie 46 verlaufen.The double arrows indicate that the tripping time corresponds to the tripping characteristics 50 below the limit characteristic 46 for a power interruption device (CID) 33 in a battery disconnecting unit 18 to at least the factor 10 is lower compared to the trip times for power interrupt units 33 , which are arranged inside the battery cell, according to the tripping characteristics 48 , which are above the limit characteristic 46 run.

In der Darstellung gemäß 4 sind erfindungsgemäß vorgeschlagene Einbauorte für eine oder mehrere Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 dargestellt. In the illustration according to 4 are proposed according to the invention proposed installation locations for one or more power interruption devices (CID) 33 shown.

Durch eine Verlegung des Einbauortes der mindestens einen Strom-Unterbrechungs-Einrichtung 33 für ein Batteriesystem, oder durch den Einsatz weiterer Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 kann erreicht werden, dass die Stromabschaltfähigkeit und das Spannungssperrverhalten einer Strom-Unterbrechungs-Einheit signifikant verbessert werden kann. Weisen beispielsweise die in der Darstellung gemäß 4 verbauten Batteriezellen 12 die Fähigkeit auf, einen Überstrom gegen mindestens die halbe Batteriespannung abzuschalten und können Sie zudem nach Auslösen von einem zellintern angeordneten Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 mindestens die halbe Batteriespannung in negative Richtung sperren, kann die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 des Batteriesystems aus der Batterie-Trenneinheit 18 verlagert werden. In 4 ist dargestellt, dass die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 an einer ersten Position 60, einer zweite Position 62, und an einer dritte Position 64, in die Mitte einer Serienschaltung von Batteriezellen 12 oder einen Servicestecker 16 platziert werden.By relocating the installation location of the at least one power interruption device 33 for a battery system, or through the use of additional power interruption devices (CID) 33 can be achieved that the Stromabschaltfähigkeit and the voltage blocking behavior of a power interruption unit can be significantly improved. For example, in the illustration according to 4 built-in battery cells 12 the ability to turn off an overcurrent to at least half the battery voltage and, in addition, can be triggered by an in-cell Power Interrupt Device (CID) 33 disable at least half the battery voltage in the negative direction, the current interrupt device (CID) 33 of the battery system from the battery disconnecting unit 18 be relocated. In 4 it is shown that the power interruption device (CID) 33 at a first position 60 , a second position 62 , and at a third position 64 , in the middle of a series connection of battery cells 12 or a service plug 16 to be placed.

Aus der Darstellung gemäß 4 gehen die Positionen 60, 62, 64, welche erfindungsgemäß vorgeschlagene Einbauorte für eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 sind, ausgeführt als Schmelzsicherung 34, annehmen können. Die Anordnung der Strom-Unterbrechungs-Einheit 33 ist dabei nicht zwingend exakt symmetrisch in der Mitte der Batteriezellen 12, so zum Beispiel bei hundert Batteriezellen 12 nicht zwingend zwischen den Batteriezellen 12 Nr. 50 und Nr. 51 zu wählen. Es ist dafür Sorge zu tragen, dass durch die Anordnung der Strom-Unterbrechungs-Einheit 33 entweder in der ersten Position 60 oder in der zweiten Position 62 oder in der dritten Position 64 gewährleistet ist, dass eine gebildete erste Teilbatterie 54, die auch als Batteriemodul bezeichnet werden kann sowie eine damit einhergehende Bildung mindestens einer weiteren, zweiten Teilbatterie 56 (Batteriemodul), die sich durch den Einbauort der Strom-Unterbrechungs-Einheit 33 ergeben, geschützt werden können.From the illustration according to 4 go the positions 60 . 62 . 64 , which according to the invention proposed installation sites for a power interruption device (CID) 33 are executed as a fuse 34 , can accept. The arrangement of the power interrupt unit 33 is not necessarily exactly symmetrical in the middle of the battery cells 12 For example, one hundred battery cells 12 not necessarily between the battery cells 12 No. 50 and no. 51 to choose. It is to be ensured that by the arrangement of the current interruption unit 33 either in the first position 60 or in the second position 62 or in the third position 64 ensures that an educated first part battery 54 , which can also be referred to as a battery module and a concomitant formation of at least one further, second sub-battery 56 (Battery module), which is defined by the location of the power interruption unit 33 can be protected.

4 zeigt, dass in der ersten Position 60 der Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 die erste Teilbatterie 54 (Batteriemodul) entsteht. Es besteht auch die Möglichkeit, die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung 33 von ihrem Einbauort in der Batterie-Trenneinheit 18 gemäß der Darstellung in 2 unmittelbar direkt in den Servicestecker 16 zu integrieren. In diesem Falle ist der Einbauort durch die zweite Position 62 gekennzeichnet. 4 shows that in the first position 60 the power interruption device (CID) 33 the first part battery 54 (Battery module) is created. There is also the possibility of the power interruption device 33 from its place of installation in the battery disconnecting unit 18 as shown in 2 directly into the service plug 16 to integrate. In this case, the installation location is through the second position 62 characterized.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Strom-Unterbrechungs-Einheit 33 stromab des Servicesteckers 16 in der dritten Position 64 einzubauen, d. h. einer zweiten Teilbatterie 56 zuzuordnen. In der Darstellung gemäß 4 sind zudem verschiedene batterieinterne Kurzschlusspfade eingezeichnet. Umfasst der Kurzschlusspfad die Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 des Batteriesystems, so übernimmt dieses aufgrund der kürzeren Auslösezeit die Abschaltung des Kurzschlussstroms. Der ungünstigste Fall, für welchen batteriezellenintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 auszulegen sind, ist derjenige, bei dem eine Abschaltung entlang eines Kurzschlusspfades 66, der eine komplette Teilbatterie, in diesem Falle die zweite Teilbatterie 56 betrifft abzuschalten ist. In diesem ungünstigsten Falle müssen batteriezellenintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 für die halbe Batteriespannung, bzw. für die Maximalspannung derjenigen der ersten oder zweiten Teilbatterien 54, 56 ausgelegt werden, welche die größte Anzahl von Batteriezellen 12 aufweist.There is also the possibility of the power interruption unit 33 downstream of the service connector 16 in the third position 64 to install, ie a second sub-battery 56 assigned. In the illustration according to 4 In addition, various internal battery short circuit paths are shown. Does the short circuit path include the power interrupt device (CID) 33 of the battery system, so it takes over the shutdown of the short-circuit current due to the shorter trip time. The worst case for which battery cell internal power interruption devices (CIDs) 33 are to be interpreted, is the one in which a shutdown along a short-circuit path 66 , the one complete partial battery, in this case the second partial battery 56 concerns to turn off. In this worst case, battery internal cell power interruption device (CID) 33 for half the battery voltage, or for the maximum voltage of those of the first or second sub-batteries 54 . 56 be designed, which has the largest number of battery cells 12 having.

Zur Darstellung gemäß 4 sei noch angemerkt, dass die einzelnen beispielsweise als Querschnittsverjüngung ausgebildeten Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 zum Beispiel in Zellverbindern 14 innerhalb der Teilbatterien 54, 56, welche die Batteriezellen 12 elektrisch seriell oder parallel miteinander verbinden, integriert werden können. In der Darstellung gemäß 4 ist auch die Batterie-Trenneinheit 18 (Batterie disconnec unit = BDU) zu entnehmen. Diese entspricht im Wesentlichen den Batterie-Trenneinheiten 18 die bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 detaillierter beschrieben worden sind. In der 4 ist der batterieexterne Kurzschlusspfad 38 ebenso dargestellt, wie der interne Kurzschlusspfad 40. Mit Bezugszeichen 52 ist ein zelleninterner Kurzschlusspfad 52 bezeichnet, während Bezugszeichen 66 den Kurzschlusspfad bezeichnet, der sich im ungünstigsten Falle durch eine gesamte Teilbatterie, in diesem Falle durch die zweite Teilbatterie 56 und die dort in Serie geschalteten einzelnen Batteriezellen 12 erstreckt. For presentation according to 4 It should also be noted that the individual current interruption devices (CID) designed as a cross-sectional taper, for example 33 for example in cell connectors 14 within the sub-batteries 54 . 56 which the battery cells 12 electrically connected in series or in parallel, can be integrated. In the illustration according to 4 is also the battery disconnection unit 18 (Battery disconnec unit = BDU). This essentially corresponds to the battery separator units 18 already related to the 1 and 2 have been described in more detail. In the 4 is the battery-external short circuit path 38 as well as the internal short circuit path 40 , With reference number 52 is a cell internal short circuit path 52 designated, while reference numerals 66 the short-circuit path, which in the worst case by an entire sub-battery, in this case by the second sub-battery 56 and the individual battery cells connected in series there 12 extends.

Für den Fall, dass batteriezellenintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 der Batteriezellen 12 nicht in der Lage sein sollten, die halbe Batteriespannung bei einem niederohmigen Kurzschluss abzuschalten, besteht die Möglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, mehrere Strom-Unterbrechungs-Einheiten 33 zu integrieren.In the event that battery cell internal power interruption devices (CID) 33 the battery cells 12 should not be able to turn off half the battery voltage at a low impedance short circuit, there is the possibility of the invention proposed solution following, multiple power interruption units 33 to integrate.

Diese Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich der Darstellung gemäß 5 entnehmen.This embodiment of the proposed solution according to the invention can be according to the illustration 5 remove.

Aus 5 geht hervor, dass in dieser Ausführungsmöglichkeit die batteriezellenintern angeordnete Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 ein Drittel der Batteriespannung sicher abschalten können. In diesem Falle ist der Einsatz von zumindest zwei Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 erforderlich, sodass das Batteriepack 13 in drei einzelne Teilbatterien, nämlich die erste Teilbatterie 54, die zweite Teilbatterie 56, und die dritte Teilbatterie 58 unterteilt ist. Die einzelnen Teilbatterien 54, 56, 58 umfassen jeweils ein Drittel der Gesamtzahl der Batteriezellen 12 des Batteriepacks 13.Out 5 it is apparent that in this embodiment the battery cell internal power interruption devices (CID) 33 safely switch off one third of the battery voltage. In this case, the use of at least two power interruption devices (CID) 33 required so that the battery pack 13 into three individual sub-batteries, namely the first sub-battery 54 , the second part battery 56 , and the third part battery 58 is divided. The individual sub-batteries 54 . 56 . 58 each comprise one third of the total number of battery cells 12 of the battery pack 13 ,

Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass sich im Falle des Einsatzes von zwei Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33 die Spannung im Vergleich zur Anordnung gemäß 2 nicht halbieren, sondern weiter reduzieren lässt und des Weiteren – wie in 5 durch die Bezugszeichen 68 und 70 angedeutet – optimierte Kurzschlusspfade auch für ungünstigst anzunehmende Kurzschlusspfade entstehen.From the illustration according to 5 shows that in the case of the use of two power interruption devices (CIDs) 33 the voltage compared to the arrangement according to 2 not halve, but can further reduce and further - as in 5 by the reference numerals 68 and 70 indicated - optimized short-circuit paths also arise for unfavorable short-circuit paths.

Die anhand der 3, 4 und 5 beschriebenen, unter Sicherheitsaspekten erheblich verbesserten Anordnungen mindestens einer Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 im Batteriesystem einer Traktionsbatterie für Elektro- und Hybridfahrzeuge, geht mit dem Nachteil einher, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 nicht mehr in der Batterie-Trenneinheit 18 platzierbar ist, sondern als separate Komponente oder Komponenten im Batteriesystem verteilt unterzubringen sind. Auch in der in 5 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung ist dem Gehäuse 10, in dem die Anzahl von Batteriezellen 12 aufgenommen ist die Batterie-Trenneinheit 18 (Battery disconnec unit = BDU) vorgeschaltet. Innerhalb des Gehäuses 10 sind die einzelnen Batteriezellen 12 durch Zellverbinder 14 miteinander elektrisch verschaltet. In der in 5 dargestellten Ausführungsvariante werden durch die Anordnung der Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) 33, jeweils ausgebildet als Schmelzsicherung 34 die erste Teilbatterie 54, die zweite Teilbatterie 56 sowie die dritte Teilbatterie 58 gebildet, sodass diesem Falle bei Auftreten eines Kurzschlusses im Kurzschlusspfad 38 lediglich ein Drittel der Batteriespannung durch die jeweilige Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) 33 abzuschalten ist. Auch in der Ausführungsvariante gemäß 5 entspricht die Batterie-Trenneinheit (Battery Disconnec Unit = BDU) in Wesentlichen den Batterie-Trenneinheiten 18, die bereits im Zusammenhang mit den 1, 2 und 4 beschreiben worden sind.The basis of the 3 . 4 and 5 described safety aspects significantly improved arrangements of at least one power interruption device (CID) 33 in the battery system of a traction battery for electric and hybrid vehicles, comes with the disadvantage that the at least one power interruption device (CID) 33 no longer in the battery disconnecting unit 18 is placeable, but are distributed as a separate component or components in the battery system to accommodate. Also in the in 5 illustrated embodiment of the invention is the housing 10 in which the number of battery cells 12 included is the battery disconnecting unit 18 (Battery disconnec unit = BDU) upstream. Inside the case 10 are the individual battery cells 12 through cell connectors 14 electrically interconnected. In the in 5 embodiment shown by the arrangement of the power interruption devices (CID) 33 , each designed as a fuse 34 the first part battery 54 , the second part battery 56 and the third part battery 58 formed so that this case in the event of a short circuit in the short circuit path 38 only one third of the battery voltage through the respective power interruption device (CID) 33 is to turn off. Also in the embodiment according to 5 The Battery Disconnect Unit (BDU) essentially corresponds to the battery disconnect units 18 already related to the 1 . 2 and 4 have been described.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist nicht auf den Einsatz an Traktionsbatterien für Anwendungen in Fahrzeugen beschränkt, sondern kann in gleicher Weise auch bei Batterien für stationäre Anwendungen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist besonders dann sinnvoll einsetzbar, wenn innerhalb eines Batteriesystems eine Vielzahl von Batteriezellen 12 in Serie verschaltet werden, d.h. die Spannung des Batteriesystems daher sehr hohe Maximalwerte annehmen kann.The proposed solution according to the invention is not limited to the use of traction batteries for applications in vehicles, but can be used in the same way in batteries for stationary applications. The proposed solution according to the invention is particularly useful when used within a battery system, a plurality of battery cells 12 be connected in series, ie the voltage of the battery system can therefore assume very high maximum values.

Claims (9)

Batteriepack (13) mit einer Anzahl von Batteriezellen (12), mit einer Batterie-Trenneinheit (18), die eine Lade- und Trenneinrichtung (24) für einen Pluspol (20) des Batteriepacks (13) und eine Trenneinrichtung (26) für einen Minuspol (22) des Batteriepacks (13) aufweist und mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) in Strompfaden (38, 40) angeordnet ist, so dass die Anzahl von Batteriezellen (12) in eine erste Teilbatterie (54) und mindestens eine weitere zweite Teilbatterie (56, 58) unterteilt ist.Battery pack ( 13 ) with a number of battery cells ( 12 ), with a battery disconnecting unit ( 18 ), which has a loading and separating device ( 24 ) for a positive pole ( 20 ) of the battery pack ( 13 ) and a separating device ( 26 ) for a negative pole ( 22 ) of the battery pack ( 13 ) and at least one power interruption device (CID) ( 33 ), characterized in that the at least one power interruption device (CID) ( 33 ) in rungs ( 38 . 40 ) is arranged so that the number of battery cells ( 12 ) in a first part of the battery ( 54 ) and at least one further second sub-battery ( 56 . 58 ) is divided. Batteriepack (13) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) als Schmelzsicherung (34), insbesondere als Querschnittsverjüngung eines elektrischen Leiters ausgeführt ist.Battery pack ( 13 ) according to claim 1, characterized in that the at least one power interruption device (CID) ( 33 ) as a fuse ( 34 ), in particular designed as a cross-sectional taper of an electrical conductor. Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Batteriezellen (12) durch mindestens zwei Strom-Unterbrechungs-Einrichtungen (CID) (33) in eine erste Teilbatterie (54), eine zweite Teilbatterie (56) und eine dritte Teilbatterie (58) unterteilt ist.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the number of battery cells ( 12 ) by at least two current interruption devices (CID) ( 33 ) in a first part of the battery ( 54 ), a second sub-battery ( 56 ) and a third sub-battery ( 58 ) is divided. Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einheit (CID) (33) im Strompfad (38, 40) derart angeordnet ist, dass mehrere, zu einander symmetrisch angeordnete Teilbatterien (54, 56, 58) gebildet werden.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one power interrupt unit (CID) ( 33 ) in the current path ( 38 . 40 ) is arranged such that a plurality of mutually symmetrically arranged sub-batteries ( 54 . 56 . 58 ) are formed. Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) im Strompfad (38, 40) zwischen der ersten Teilbatterie (54) und einem Servicestecker (16) angeordnet ist.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one current interruption device (CID) (CID) ( 33 ) in the current path ( 38 . 40 ) between the first sub-battery ( 54 ) and a service connector ( 16 ) is arranged. Batteriepack (13) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) in einen Servicestecker (16) integriert ist. Battery pack ( 13 ) according to claim 1, characterized in that the at least one power interruption device (CID) ( 33 ) into a service connector ( 16 ) is integrated. Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Teilbatterien (54, 56, 58) eine interne Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) angeordnet ist, die einen Kurzschluss innerhalb einer jeweiligen Teilbatterie (54, 56, 58) absichert.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the sub-batteries ( 54 . 56 . 58 ) an internal power interruption device (CID) ( 33 ) is arranged that a short circuit within a respective sub-battery ( 54 . 56 . 58 ). Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der ersten und zweiten Teilbatterie (54), (56) jeweils eine interne Strom-Unterbrechungs-Einrichtung(CID) (33) angeordnet ist, die einen Kurzschluss zwischen zwei benachbarten Batteriezellen (12) absichert.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the first and second sub-battery ( 54 ) 56 ) each have an internal power interruption device (CID) ( 33 ), which is a short circuit between two adjacent battery cells ( 12 ). Batteriepack (13) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strom-Unterbrechungs-Einrichtung (CID) (33) in einen Hochstrompfad zwischen der ersten und der zweiten Teilbatterie (54, 56) und/oder der zweiten und dritten Teilbatterie (56, 58) integriert ist.Battery pack ( 13 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one current interruption device (CID) (CID) ( 33 ) into a high-current path between the first and the second sub-battery ( 54 . 56 ) and / or the second and third sub-battery ( 56 . 58 ) is integrated.
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