Titel

Batteriesvstem mit einer Batterie zum Versorgen eines Hochvoltnetzes und mindestens einer Schalteinheit zum Begrenzen eines über die Batterie und die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Fehlerstromes und/oder zum

Begrenzen einer von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie an das Hochvoltnetz angelegten Spannung und entsprechendes Verfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern eines

Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie. Auch betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Begrenzen eines über eine zum Versorgen von mindestens zwei untereinander parallel geschalteten Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie und über die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Fehlerstromes und/oder zum Begrenzen einer von der

Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie an das Hochvoltnetz angelegten Spannung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem wie vorhin genannten Batteriesystem. Stand der Technik

In Fahrzeugen (PKWs) werden Batteriesysteme mit Batterien eingesetzt, die jeweils ein Hochvoltnetz mit einer hohen Spannung (Hochvoltspannung) versorgen können. Deswegen werden die Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule solcher Batterien meistens in Reihe geschaltet. Solche Batterien müssen dann auch bei hohen Leistungen nur geringe Ströme liefern. Die Batterien werden dabei über Hochvoltleitungen mit ihren Hochvoltanschlüssen, das heißt, den Anschlüssen, über die die Batterie die Hochvoltspannung an das Hochvoltnetz abgibt, verbunden. Üblicherweise werden in den Hochvoltleitungen sowohl an dem positiven als auch an dem negativen Hochvoltanschluss der Batterie Schütze eingesetzt. Mittels der Schütze kann eine solche Batterie beim Parken oder in einem fehlerhaften Funktionszustand (Fehlerfahl) vom

Hochvoltnetz beziehungsweise von dem restlichen Hochvoltsystem des

Fahrzeuges getrennt werden.

Ein solches in den Hochvoltleitungen einer Batterie einsetzbares Schütz 10 ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Dabei werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.

In der Figur 1 ist ein geschlossenes Schütz 10 und in der Figur 2 ein geöffnetes Schütz 10 dargestellt. Das Schütz 10 ist als Magnetschalter 1 1 mit einer

Steuerspule 20 ausgebildet. Der Magnetschalter 1 1 umfasst dabei eine bewegliche Kontaktbrücke 30 und zwei Terminals 40. Das Schütz 10 schließt in einem Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 ein Steuerstrom fließt, und öffnet in einem weiteren Zustand, in dem durch die Steuerspule 20 kein Strom fließt.

Wenn ein Steuerstrom durch die Steuerspule 20 fließt, wird die Kontaktbrücke 30 mittels magnetischer Kraft zu den Terminals 40 hin bewegt und gegen diese Terminals 40 angedrückt. Wenn durch die Steuerspule 20 kein Strom fließt, kehrt die Kontaktbrücke 30 unmittelbar in ihre gegenüber den Terminals 40

beabstandete Position zurück.

Zum Erzeugen des Steuerstromes muss die Steuerspule 20 mit elektrischer Energie versorgt werden, das heißt, dass der Steuerspule 20 eine geeignete Versorgungsspannung bereitgestellt werden muss.

Das Öffnen und Schließen solcher Schütze 10 wird üblicherweise durch ein Batteriesteuergerät 60 der Batterie, in deren Hochvoltleitungen die Schütze 10 eingesetzt werden, durchgeführt, indem die Schütze 10 über das

Batteriesteuergerät 60 mit elektrischer Energie versorgt werden. Üblicherweise wird durch das Batteriesteuergerät 60 die von dem als Energiequelle 50 eingesetzten Niedervoltnetz eines Fahrzeuges bereitgestellte

Niedervoltspannung von 12 V an die Schütze 10 zum Erzeugen des

Steuerstromes weitergegeben. Solche Schütze 10 werden üblicherweise durch eine hohe Anzugsspannung geschlossen. Danach wird der durch die Spule 20 fließenden Steuerstrom durch ein pulsweitenmoduliertes Signal oder durch eine reduzierte

Versorgungsspannung (Haltespannung) beziehungsweise durch eine eingesetzte Sparspule („Economizerspule") gesenkt. Ein Schütz 10 braucht somit in seinem geschlossenen Zustand deutlich weniger elektrische Leistung. Wenn das Schütz 10 dennoch mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben wird, erhöht sich leicht der Anpressdruck der Kontaktbrücke 30 auf die Terminals 40. Dadurch überhitzt die Steuerspule 20 nach einer gewissen Zeit und brennt durch. Danach öffnet das Schütz 10 durch eine Feder, die jedes Mal beim Schließen des

Schützes 10 vorgespannt wird, und ist nicht mehr funktionsfähig.

Solche in den Hochvoltleitungen einer Batterie eingesetzten Schütze können in einem fehlerhaften Funktionszustand Ströme von etwa 1 kA bis 2 kA trennen. Für höhere Ströme werden üblicherweise Sicherungen (Schmelzsicherungen) eingesetzt.

So wie es in der Figur 3 dargestellt wird, kommt es für Ströme von über

3 kA bis 10 kA zu einer durch die in einem geschlossenen Schütz 10

vorkommenden Lorentzkraft 70 verursachte Abstoßung zwischen den Terminals

40 und der Kontaktbrücke 30. Ströme von über 3 kA bis 10 kA können beispielsweise beim Vorliegen eines Kurzschlusses in den Hochvoltleitungen der Batterie beziehungsweise beim Vorliegen eines Kurzschlusses in einem mit der Batterie elektrisch gekoppelten Inverter vorkommen. Dieses Phänomen bezeichnet man als Levitation. Dabei entsteht trotz aktiver, von dem Steuerstrom durchflossener Steuerspule 20 ein kleiner Abstand zwischen den Terminals 40 und der Kontaktbrücke 30. Über diese Luftstrecke bilden sich Lichtbögen 71 , die die Kontaktoberflächen der Terminals 40 aufschmelzen. Wenn der

Kurzschlussstrom danach durch die mit dem entsprechenden Hochvoltanschluss verbundene Sicherung unterbrochen wird, drückt die Kontaktbrücke 30 die zwei aufgeschmolzenen Terminals 40 zusammen. Dabei erstarrt das Material und die Kontaktbrücke 30 kann nach Abschalten des durch die Steuerspule 20 fließenden Steuerstromes nicht mehr geöffnet werden. Diesen Fehler bezeichnet man als Schützkleber. Die zwei Terminals 40 des Schützes 10 sind leitend miteinander verbunden und können nicht getrennt werden. Wenn die Schütze 10 von dem Niedervoltnetz eines Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt werden und die 12 V-Niedervoltspannung des Niedervoltnetzes ausfällt, dann öffnen sich die Schütze 10 unverzüglich. Auch bei

Spannungsschwankungen im Niedervoltnetz des Fahrzeuges besteht die Gefahr, dass sich die Schütze 10 ungewollt öffnen. Wenn sich die Schütze 10 öffnen, während sie von einem Strom durchflössen werden, dann bilden sich ab einer bestimmten Stärke dieses durch die Schütze 10 fließenden Stromes, ähnlich wie beim Auftreten von Levitation, Lichtbögen 71 , die zum Aufschmelzen der

Kontaktoberflächen der Terminals 40 der Schütze 10 führen. Wird dann die von dem Niedervoltnetz bereitgestellte Spannung von 12 V wieder komplett stabilisiert, sodass die Schütze 10 wieder schließen können oder wird die Kontaktbrücke 30 durch einen mechanischen Stoß wieder geschlossen, verkleben die aufgeschmolzenen Kontaktoberflächen der Terminals 40 und die Schütze 10 verschweißen.

Die Zeit, in der ein solches Schütz 10 einen Kurzschlussstrom tragen können muss, ohne das in dem geschlossenen Schütz 10 eine Levitation auftritt, liegt bei einem ideal dimensionierten Schütz 10 immer höher als die Zeit, die eine dem Schütz 10 zugeordnete Sicherung (Schmelzsicherung) benötigt, um diesen Kurzschlussstrom zu trennen. Wenn ein Schütz 10 so dimensioniert ist, dann verschweißt das Schütz 10 aufgrund einer aufgetretenen Levitation nicht, ist nach dem Trennen des Kurzschlussstroms durch die ausgelöste Sicherung noch schaltbar und kann die Batterie von dem Hochvoltnetz des Fahrzeuges trennen. Das ist insbesondere von Bedeutung wenn die Batterie (das Batteriepack) zwei an ihre Hochvoltanschlüsse parallel geschaltete Verbraucher eines

Hochvoltnetzes versorgen muss und keine in ihrer Mitte angeordnete Sicherung aufweist, sondern jeder Verbraucher einzeln durch eine eigene Sicherung abgesichert ist. Figur 4 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Batteriesystem 100 mit einer Batterie 101 , die zwei an ihre Hochvoltanschlüsse 130, 131 parallel geschaltete Verbraucher 140, 141 eines Hochvoltnetzes 103 versorgt. Die Batterie 101 umfasst mehrere in Reihe geschaltete Batteriemodule 102 zum Erzeugen einer für das Hochvoltnetz 103 geeignete Batteriespannung. In jeder der zwei Hochvoltleitungen 120, 121 der Batterie 101 ist ein Schütz 10 angeordnet. Die Batterie 101 kann über eins der zwei Schütze 10 mit ihrem positiven Hochvoltanschluss 130 und über das andere der zwei Schütze 10 mit ihrem negativen Hochvoltanschluss 131 verbunden werden. Der positive Hochvoltanschluss 130 ist mit dem Verbraucherpfad 150, in dem der

Verbraucher 140 angeordnet ist, und mit dem Verbraucherpfad 151 , in dem der Verbraucher 141 angeordnet ist, verbunden. Die Batterie 101 des

Batteriesystems (Batteriepacks) 100 hat keine in ihrer Mitte angeordnete

Sicherung. Jeder Verbraucher 140, 141 ist über eine zugeordnete Sicherung 1 10, 1 1 1 des Batteriesystems 100 einzeln abgesichert. Beide Sicherungen 1 10,

1 1 1 sind mit dem Hochvoltanschluss 130 direkt verbunden.

Diese oben genannte Architektur findet Ihren Einsatz in Batteriesystemen 100, bei denen der gesamte Batteriestrom für eine einzelne Sicherung

(Schmelzsicherung) in der Batteriemitte zu groß ist, das heißt, dass es keine

Sicherung auf dem Markt gibt, welche die Anforderungen an den Batteriestrom über die Lebenszeit der Batterie 101 erfüllen kann. Ein Kurzschluss in einem der Verbraucherpfade 150, 151 löst die in diesem Verbraucherpfad 150, 151 angeordnete Sicherung 1 10, 1 1 1 aus. Um den anderen Verbraucher 140, 141 und das Hochvoltnetz 103 des Fahrzeuges spannungsfrei zu schalten, öffnen danach die beiden Schütze 10.

Es gibt jedoch noch leistungsfähige Batteriesysteme, die Kurzschlussstrome von beispielsweise über 12000 A erzeugen können. Bei solchen Batteriesystemen existiert aber auch immer die Gefahr, dass Levitationen und damit auch

Schützkleber in den Schützen auftreten. Wenn solche sehr leistungsfähige Batteriesysteme die in der Figur 4 dargestellte Architektur aufweisen, kann die Batterie 101 beim Vorliegen eines Schützklebers in den Schützen 10 nicht mehr von einem Hochvoltnetz 103 eines Fahrzeuges getrennt werden. Bei dem in der Figur 4 dargestellten Batteriesystem 100 würde ein solcher Fall beispielsweise dann auftreten, wenn in dem Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 ein niederohmiger Kurzschluss aufgetreten ist, durch den die Schmelzsicherung 1 10 durchgebrannt ist. Beide Schütze 10 sind in diesem Fall verklebt. Der andere Verbraucher 141 und somit das Hochvoltnetz 103 am Anschluss dieses

Verbrauchers 141 wäre aufgrund der sich im intakten Funktionszustand befindlichen Schmelzsicherung 1 1 1 des zugeordneten Verbraucherpfads 151 weiter unter Spannung. Mit anderen Worten, wenn bei diesem in der Figur 4 dargestellten Batteriesystem 100 die Schütze 10 durch einen in einem der Verbraucher 140, 141 auftretenden Kurzschlussstrom verschweißen, kann der andere Verbraucher 140, 141 nicht mehr spannungsfrei geschaltet werden und es besteht die Gefahr von einem elektrischen Schlag bei der Berührung von offen liegenden Teilen an diesem anderen Verbraucher 140, 141 .

Ferner ist aus dem Dokument US 2012/0105015 eine Überladeschutzvorrichtung für eine Batterie bekannt. Dabei ist die Überladeschutzvorrichtung dazu ausgebildet, die Batterieanschlüsse dieser Batterie beim Vorliegen einer übergeladenen Batterie kurzzuschließen. Dadurch fließt durch eine zwischen einem der Batteriezellanschlüsse und der Batterie angeordnete Sicherung ein derartig hoher, von der übergeladenen Batterie erzeugter Strom, dass diese Sicherung nach kurzer Zeit auslöst.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit einer zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten Verbrauchern eines

Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie bereitgestellt. Die Batterie ist an einem ihrer Hochvoltanschlüsse mit mindestens zwei Sicherungen verbunden oder verbindbar. Dabei ist jeweils eine der mindesten zwei Sicherungen einem der mindestens zwei Verbraucher zugeordnet und mit dem zugeordneten

Verbraucher verbunden oder verbindbar. Ferner umfasst das Batteriesystem mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen, die in einem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in einem ersten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem jede Sicherung beim Vorliegen eines über den zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstrom von diesem durchflössen ist, geschaltet ist. Die mindestens eine Schalteinheit ist dazu vorgesehen, beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem die mindestens eine

Schalteinheit einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet, zu schalten.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Begrenzen eines über eine zum Versorgen von mindestens zwei parallel untereinander geschalteten

Verbrauchern eines Hochvoltnetzes ausgebildete Batterie und über die

Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Fehlerstromes und/oder zum Begrenzen einer von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie an das Hochvoltnetz angelegten Fehlerspannung bereitgestellt. Die Batterie ist an einem ihrer Hochvoltanschlüsse mit mindestens zwei Sicherungen verbunden. Dabei ist jeweils eine der mindestens zwei Sicherungen einem der mindestens zwei Verbraucher zugeordnet und mit dem zugeordneten Verbraucher verbunden. Bei dem Verfahren wird mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen verwendet. Die mindestens eine Schalteinheit ist in einem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in einem ersten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem jede Sicherung von einem über den zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstrom durchflössen ist, geschaltet. Ferner wird die mindestens eine Schalteinheit beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen von dem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand der zwei Schaltzustände, in dem die mindestens eine Schalteinheit einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet, geschaltet.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, den Fehlerstrom durch das Öffnen eines über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst ist, verlaufenden Stromkreises direkt zu unterbrechen. Bei der Erfindung können mindestens zwei parallel geschaltete Verbraucher eines Hochvoltnetzes an die Hochvoltanschlüsse der Batterie des

erfindungsgemäßen Batteriesystems angeschlossen werden. Dabei ist jeder der mindestens zwei Verbraucher in Reihe mit einer zugeordneten der mindestens zwei Sicherung verbunden oder verbindbar, sodass während eines

Normalbetriebes des erfindungsgemäßen Batteriesystems, während dem die mindestens zwei parallel geschalteten Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse angeschlossen sind, jede der mindestens zwei Sicherungen beim Vorliegen eines durch den jeweils zugeordneten Verbraucher fließenden Betriebsstroms von diesem Betriebsstrom auch durchflössen wird. Das erfindungsgemäße

Batteriesystem umfasst mindestens eine Schalteinheit mit zwei Schaltzuständen, die während des Normalbetriebes des erfindungsgemäßen Batteriesystems in einem ersten Schaltzustand geschaltet ist. Dabei ist die mindestens eine

Schalteinheit derartig ausgebildet und angeordnet, dass wenn diese in dem ersten Schaltzustand geschaltet ist, der während des Normalbetriebes der

Batteriesystems vorkommende Betriebsstrom weiterhin über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über die mindestens zwei angeschlossenen Verbraucher oder über die eingeschalteten der mindestens zwei Verbraucher ungestört fließen kann. Ferner ist die mindestens eine Schalteinheit derartig ausgebildet und angeordnet, dass wenn in einem der mindestens zwei

Verbraucher einen Kurzschluss auftritt, infolge dem die diesem Verbraucher zugeordnete Sicherung auslöst, die Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand schaltet und einen über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom unterbricht und/oder jede von der Batterie über die

Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abschaltet.

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem ist die Batterie mit einem ihrer Hochvoltanschlüsse bevorzugt über mindestens ein Schütz verbindbar, das in seinem leitenden Schaltzustand von einem über die Batterie und die

Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Strom durchflössen ist und das in seinem nicht leitenden Schaltzustand diesen über die Batterie und die

Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Strom unterbricht. Wenn infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses das mindestens eine Schütz verschweißt und nicht mehr öffnen kann, so kann über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, der zuvor genannte

Fehlerstrom fließen. Ist beispielsweise mindestens ein Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, ausgeschaltet oder infolge eines

Unfalls zerstört, so fließt durch diesen Verbraucher kein Fehlerstrom. Von der Batterie wird aber über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jede nicht ausgelöste Sicherung, die einem ausgeschalteten oder zerstörten Verbraucher zugeordnet ist, an das Hochvoltnetz eine Fehlerspannung angelegt. Folglich kann jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, nicht mehr spannungsfrei geschaltet werden und es besteht die Gefahr des Auftretens eines elektrischen Schlags beim der Berühren von an jedem nicht spannungsfrei geschalteten Verbraucher offen liegenden Teilen. Mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit wird der zuvor genannte Fehlerstrom unterbrochen und/oder jede an dem Hochvoltnetz anliegende

Fehlerspannung abgeschaltet. Dadurch, dass der Fehlerstrom unterbrochen wird und/oder jede an das Hochvoltnetz anliegende Fehlerspannung abgeschaltet wird, wird auch jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, spannungsfrei geschaltet.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, durch das Öffnen eines über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst ist, verlaufenden Stromkreises den über die Batterie, die Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden

Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden

Fehlerstrom direkt zu unterbrechen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung direkt abzuschalten. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Batteriesystem eine einzelne Schalteinheit, die als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet ist, und eine Steuerschaltung auf. Dabei ist das pyrotechnische Trennelement in dem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem leitfähigen Schaltzustand, in dem das Trennelement beim Vorliegen eines über die Batterie und die Hochvoltanschlüsse der Batterie fließenden Betriebsstroms von diesem durchflössen ist, geschaltet. Ferner ist das Trennelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen eines von der Steuerschaltung bereitgestellten Steuersignals oder einer von dieser bereitgestellten Steuerspannung von seinem leitenden

Schaltzustand in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten. Weiterhin ist die Steuerschaltung dazu vorgesehen, die an jeder der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Spannungen zu ermitteln und beim Vorliegen einer ermittelten Spannung, die mit der beim Auslösen der entsprechenden Sicherung auftretenden Auslösespannung gleich ist, das Steuersignal zu erzeugen und dem

Trennelement bereitzustellen oder beim Vorliegen einer an einer der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Auslösespannung dem Trennelement einen entsprechenden Teil der Auslösespannung als Steuerspannung bereitzustellen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsabfall über jeder durchgebrannten Sicherung (Schmelzsicherung) mittels der Steuerschaltung in einer sehr einfachen Weise als Auslöser für das pyrotechnische Trennelement genutzt. Bevorzugt entspricht die Steuerspannung einer an einer jeden der mindestens zwei Sicherungen abfallenden Auslösespannung. Dabei ist die Steuerschaltung dazu vorgesehen, beim Vorliegen einer an einer der mindestens zwei

Sicherungen abfallenden Auslösespannung dem Trennelement diese

Auslösespannung als Steuerspannung direkt bereitzustellen.

Weiter bevorzugt ist die Steuerschaltung als anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder als programmierbare integrierte Schaltung oder als

Mikrocontroller oder als Halbleiterschaltung, die vorzugsweise einen Transistor oder einen Schmitt-Trigger umfasst, ausgebildet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an die

Hochvoltanschlüsse der Batterie zwei parallel geschalteten Verbraucher anschließbar und das erfindungsgemäße Batteriesystem weist zwei

Schalteinheiten auf, die jeweils als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet sind. Dabei ist jeweils ein Trennelement der zwei Trennelemente einem Verbraucher der zwei Verbraucher zugeordnet. Ferner ist jedes Trennelement in dem Zustand, in dem zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem leitenden Schaltzustand, in dem das

entsprechende Trennelement beim Vorliegen eines durch den zugeordneten Verbraucher der zwei Verbraucher fließenden Betriebsstrom von diesem durchflössen ist, geschaltet. Auch ist jedes Trennelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen einer an der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung abfallenden und beim Auslösen dieser Sicherung auftretenden Auslösespannung in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes

Trennelement zwei Ansteuerleitungen auf, deren Anschlüsse mit den

Anschlüssen der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung verbunden sind. Dabei ist jedes Trennelement dazu ausgebildet, beim Vorliegen einer zwischen den Anschlüssen seiner Ansteuerleitungen

anliegenden Spannung, die gleich mit der Auslösespannung der dem ihm nicht zugeordneten Verbraucher zugeordneten Sicherung ist, von seinem leitenden Schaltzustand in seinen nicht leitenden Schaltzustand zu schalten. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird jedes pyrotechnisches

Trennelemente passiv aktiviert, indem der Spannungsabfall über eine

durchgebrannte Sicherung in einer sehr einfachen Weise direkt über die

Ansteuerleitungen dem entsprechenden Trennelement bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist in einer der zwei Ansteuerleitungen jedes pyrotechnischen

Trennelementes ein Widerstand und/oder eine weitere Sicherung angeordnet. Dadurch kann ein großer durch die entsprechenden Ansteuerleitungen fließender Strom in einer sehr einfachen Weise durch den Widerstand begrenzt oder durch die weitere Sicherung (Schmelzsicherung) unterbrochen werden.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Schalteinheit dazu vorgesehen, durch Auslösen jeder nicht ausgelösten Sicherung den über die Batterie, die

Hochvoltanschlüsse der Batterie und jeden Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, fließenden Fehlerstrom zu unterbrechen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung abzuschalten.

Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Schalteinheit als mindestens ein Schließelement, insbesondere als mindestens ein pyrotechnisches Schließelement oder als mindestens ein Schütz, ausgebildet. Ferner ist das mindestens eine Schließelement in dem Zustand, in dem die mindestens zwei Verbraucher an die Hochvoltanschlüsse der Batterie angeschlossen sind, in seinem nicht leitenden Schaltzustand, in dem durch das mindestens eine Schließelement kein Strom fließt, geschaltet. Weiterhin ist das mindestens eine Schließelement dazu vorgesehen, beim Auslösen einer der mindestens zwei Sicherungen in seinen leitenden Schaltzustand, in dem zum Auslösen jeder nicht ausgelösten Sicherung der von der Batterie erzeugte Fehlerstrom über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über einen über den Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung ausgelöst hat, das mindestens eine

Schließelement und jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad fließt, zu schalten.

Dieser Fehlerstrom tritt beispielsweise dann auf, wenn die Batterie mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüsse bevorzugt über ein Schütz verbunden ist, das infolge des genannten Kurzschlusses verschweißt und nicht mehr öffnen kann.

Beim Vorliegen der infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen Kurzschlusses auslösten Sicherung wird mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit ein solcher Fehlerstrom von dem über jeden Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, verlaufenden Strompfad auf den über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, und über jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad umgeleitet. Dabei wird ein solcher Fehlerstrom umgeleitet, indem mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit jeder Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, durch den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, kurzgeschlossen wird. Ist beispielsweise mindestens ein Verbraucher, dessen zugeordnete Sicherung nicht ausgelöst hat, ausgeschaltet oder infolge eines Unfalls zerstört, so wird auch dieser mindestens eine Verbraucher mittels der mindestens einen in dem zweiten Schaltzustand geschalteten Schalteinheit durch den von dem Kurzschluss betroffenen

Verbraucher kurzgeschlossen. In diesem Fall wird dann ein Fehlerstrom von dem über jeden funktionsfähigen, eingeschalteten Verbraucher, dessen Sicherung nicht ausgelöst hat, verlaufenden Strompfad auf den über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, und über jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad umgeleitet. Auf jeden Fall fließt beim Vorliegen einer infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen

Kurzschlusses ausgelösten Sicherung ein von der Batterie erzeugter Fehlerstrom über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und über einen über den Verbraucher, dessen Sicherung ausgelöst hat, die mindestens eine in dem zweiten

Schaltzustand geschaltete Schalteinheit und jede nicht ausgelöste Sicherung verlaufenden Strompfad.

Infolge eines in einem der mindestens zwei Verbraucher aufgetretenen

Kurzschlusses reduziert sich der Widerstand dieses von dem Kurzschluss betroffenen Verbrauchers erheblich. Dadurch, dass die anderen von dem Kurzschluss nicht betroffenen Verbraucher jeweils durch den von dem

Kurzschluss betroffene Verbraucher kurzgeschlossen werden, fließt über den betroffenen Verbraucher und die nicht ausgelösten Sicherungen ein Fehlerstrom mit einem infolge des erheblich reduzierten Widerstandes des betroffenen Verbrauchers auch erheblich erhöhten Stromwert, der nach einer Zeit zum Auslösen jeder der nicht ausgelösten Sicherungen führt. Somit wird auch in diesem Fall der Fehlerstrom unterbrochen und/oder jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung, insbesondere jede von der Batterie über die Hochvoltanschlüsse der Batterie und eine nicht ausgelöste Sicherung, die einem ausgeschalteten oder zerstörten Verbraucher zugeordnet ist, an das Hochvoltnetz angelegte Fehlerspannung, abgeschaltet und dadurch auch jeder Verbraucher, dessen Sicherung infolge des genannten Kurzschlusses noch nicht ausgelöst hat, spannungsfrei geschaltet.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Schließelement dazu vorgesehen, beim Vorliegen mindestens eines von einem in dem Batteriesystem angeordneten Batteriesteuergerät bereitgestellten Steuersignals von seinem nicht leitenden Schaltzustand in seinen leitenden Schaltzustand zu schalten. Ferner ist das Batteriesteuergerät dazu vorgesehen, das Vorliegen einer ausgelösten

Sicherung bevorzugt anhand einer Auswertung der an den mindestens zwei Sicherungen jeweils abfallenden Spannungen zu detektieren und beim Vorliegen einer ausgelösten Sicherung das mindestens eine Steuersignal zu erzeugen und dem mindestens einen Schließelement bereitzustellen.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die funktionellen Merkmale des erfindungsgemäßen Batteriesystems einzeln oder in Kombination.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem

erfindungsgemäßen Batteriesystem.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das eine Batterie umfasst, die mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüsse über ein Schütz verbindbar ist und an deren

Hochvoltanschlüsse mehrere parallel geschaltete Verbraucher eines

Hochvoltnetzes anschließbar sind, die jeweils über eine zugeordnete Sicherung abgesichert sind, beim Vorliegen eines Kurzschlusses, infolge dem ein

Schützkleber des mindestens einen Schützes auftritt, der über die Batterie und ihre Hochvoltanschlüsse verlaufende Hauptstromkreis in einer sehr einfachen Weise durch den Einsatz der mindestens einen erfindungsgemäßen Schalteinheit von dem Hochvoltnetz getrennt werden kann. Dadurch wird die Sicherheit eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (Batteriepacks) erhöht und dessen volle Funktionalität sichergestellt.

Ein Unfallfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem kann folglich von Rettungskräften gefahrlos berührt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Für gleiche Komponente werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. In den Zeichnungen sind: ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schütz im geschlossenen Zustand, das in der Figur 1 dargestellte Schütz im offenen Zustand, das in der Figur 1 dargestellte Schütz beim Vorliegen von Levitation, ein aus dem Stand der Technik bekanntes Batteriesystem mit einer zum Versorgen eines Hochvoltnetzes ausgebildeten Batterie, wobei die Batterie mit mindestens einem ihrer Hochvoltanschlüsse über ein in den Figuren 1 bis 3 dargestelltes Schütz verbindbar ist, ein Batteriesystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Batteriesystem eine erfindungsgemäße Schalteinheit umfasst, die als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet ist, ein Batteriesystem nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Batteriesystem zwei erfindungsgemäße Schalteinheiten umfasst, die jeweils als pyrotechnisches Trennelement ausgebildet sind, ein Batteriesystem nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Batteriesystem ein erfindungsgemäßes Schließelement umfasst, ein Ersatzschaltbild des Batteriesystems nach der dritten Ausführungsform der Erfindung, ein Schließelement für das Batteriesystem nach der dritten Ausführungsform der Erfindung, das als pyrotechnisches Schließelement ausgebildet ist, das in einem Zustand dargestellt ist, in dem die pyrotechnische Ladung des pyrotechnischen Schließelementes mittels eines Zündsignals gezündet wird,

Figur 10 der Figur 9 dargestellte pyrotechnische Schließelement, das in einem unmittelbar nach dem Zünden der pyrotechnischen Ladung vorkommenden Zustand dargestellt ist, und

Figur 1 1 das in der Figur 10 dargestellte pyrotechnische Schließelement, das in einem weiteren nach dem Zünden der pyrotechnischen Ladung vorkommenden Zustand dargestellt ist

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 5 zeigt ein Batteriesystem 100 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem 100 umfasst eine Batterie 101 , die zwei an ihre Hochvoltanschlüsse 130, 131 parallel geschaltete Verbraucher 140, 141 eines Hochvoltnetzes 103 versorgt. Die Batterie 101 umfasst mehrere in Reihe geschaltete Batteriemodule 102 zum Erzeugen einer für das Hochvoltnetz 103 geeignete Batteriespannung. In jeder der zwei Hochvoltleitungen 120, 121 der Batterie 101 ist ein Schütz 10 angeordnet. Die Batterie 101 kann über eins der zwei Schütze 10 mit ihrem positiven Hochvoltanschluss 130 und über das andere der zwei Schütze 10 mit ihrem negativen Hochvoltanschluss 131 verbunden werden.

Der positive Hochvoltanschluss 130 ist mit dem Verbraucherpfad 150, in dem der Verbraucher 140 angeordnet ist, und mit dem Verbraucherpfad 151 , in dem der Verbraucher 141 angeordnet ist, verbunden. In jedem Verbraucherpfad 150, 151 ist jeweils eine dem entsprechenden Verbraucher 140, 141 zugeordnete

Sicherung 1 10, 1 1 1 angeordnet. Beide Sicherungen 1 10, 1 1 1 sind mit dem Hochvoltanschluss 130 direkt verbunden.

Ein Kurzschluss in einem der Verbraucherpfade 150, 151 löst die in diesem Verbraucherpfad 150, 151 angeordnete Sicherung 1 10, 1 1 1 aus. Um den anderen Verbraucher 140, 141 und das Hochvoltnetz 103 des Fahrzeuges spannungsfrei zu schalten, öffnen danach die beiden Schütze 10.

In einem solchen erfindungsgemäßen Batteriesystem können Kurzschlussstrome von beispielsweise über 12000 A auftreten. Beim Vorliegen eines solchen hohen Kurzschlussstromes existiert aber auch immer die Gefahr, dass Levitationen und damit auch Schützkleber in den Schützen 10 auftreten. Ein solcher hoher Kurzschlussstrom kann beispielsweise dann auftreten, wenn in dem

Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 ein niederohmiger Kurzschluss auftritt, infolge dem die Schmelzsicherung 1 10 durchgebrannt ist. Beide Schütze 10 sind in diesem Fall verklebt. Der andere Verbraucher 141 und somit das Hochvoltnetz 103 am Anschluss dieses Verbrauchers 141 wäre aufgrund der sich im intakten Funktionszustand befindlichen Schmelzsicherung 1 1 1 des zugeordneten Verbraucherpfads 151 weiter unter Spannung. Um die Batterie 101 in einem solchen Fall trotzdem noch von ihren Hochvoltanschlüssen 130, 131 trennen zu können, wurde in dem erfindungsgemäßen Batteriesystem 100 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ein pyrotechnisches Trennelement 155 eingesetzt, das in dem über die Batterie 101 , die Schütze 10 und die

Hochvoltanschlüsse 130, 131 verlaufenden Hauptstromkreis (Hauptstrompfad) 104 der Batterie 101 angeordnet ist.

Bei dem Batteriesystem 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsabfall über einer durchgebrannten Sicherung

(Schmelzsicherung) 1 10, 1 1 1 als Auslöser für das pyrotechnisches Trennelement (pyrotechnische Trenneinrichtung) 155 genutzt. Damit wird eine intelligente und schnelle Ansteuerung des pyrotechnischen Trennelements 155 erreicht. Dabei werden die Spannungsabfälle U1 , U2 über die beiden Sicherungen

(Schmelzsicherungen) 1 10, 1 1 1 jeweils durch zwei Drahtleitungen 162, 163, 164, 165, die jeweils vor und hinter der entsprechenden Sicherung 1 10, 1 1 1 angeschlossen werden, an eine in dem Batteriesystem 100 angeordnete

Steuerschaltung (Steuerelektronik) 160, die beispielsweise als Steuergerät ausgebildet ist, weitergegeben. Das pyrotechnische Trennelement 155 kann dabei von der Steuerschaltung 160 beispielsweise über die Steuerleitung 161 angesteuert werden. Brennt nun eine der Sicherungen 1 10, 1 1 1 durch, so entsteht in diesem Moment ein hoher Spannungsabfall an dieser Sicherung 1 10, 1 1 1 . Dieser Spannungsabfall löst elektrisch beziehungsweise elektronisch in der Steuerschaltung 160 wiederum die Zündung des pyrotechnischen Trennelementes 155 aus. Nachdem das

pyrotechnische Trennelement 155 den Hauptstromkreis 104 der Batterie 101 aufgetrennt hat, ist die Batterie 100 vom Hochvoltnetz 103, das beispielsweise das Hochvoltnetz eines Fahrzeuges ist, getrennt. In diesem Fall wäre ein solches

Fahrzeug dann spannungsfrei. Die Steuerschaltung 160 reagiert dabei auf Veränderungen der Spannungsabfälle

U 1 , U2 über den Sicherungen 1 10, 1 1 1 . Tritt ein Kurzschluss beispielsweise in dem Verbraucher 140 auf, so wird der Kurzschlussstrom in dem Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 nach einer bestimmten Zeit durch Auslösen der Sicherung 1 10 getrennt. In dem Moment, in dem der Kurzschlussstrom getrennt wird, ergibt sich an der Sicherung 1 10 bei dem Fortbestehen dieses externen Kurzschlusses ein

Spannungsabfall U 1 welcher in etwa der Batteriespannung (Batteriepackspannung) entspricht. Dabei sind die Spannungsabfälle über weitere Übergangswiderstände in diesen über die Batterie 101 , die Hochvoltanschlüsse 130, 131 und die Verbraucher 140, 141 verlaufenden Stromkreisen vernachlässigbar.

Dieser sich an der Sicherung 1 10 ergebende Spannungsabfall U1 , welcher vor dem Kurzschluss 0 V betrug und welcher nach dem Durchbrennen der entsprechenden Sicherung 1 10 auf eine Auslösespannung springt, die nahezu auf dem

Batteriespannungslevel liegt, löst das pyrotechnisches Trennelement 155 bevorzugt direkt aus.

Alternativ ist die Steuerschaltung 160 als hardwarenahe Schaltung aufgebaut. Die Steuerschaltung 160 umfasst dabei ein ASIC-Baustein (nicht separat dargestellt) oder ein FPGA-Baustein (nicht separat dargestellt), die die Spannungsabfälle U 1 , U2 über den Sicherungen 1 10, 1 1 1 direkt einlesen und beim Durchbrennen einer der

Sicherungen 1 10, 1 1 1 das Steuersignal (Auslösepuls oder Zündsignal) zum Auslösen des pyrotechnischen Trennelementes 155 erzeugen. Der Vorteil bei der Verwendung einer solchen hardwarenahen Schaltung liegt in der extrem schnellen Reaktionszeit dieser Bausteine im Vergleich zu der Reaktionszeit eines gewöhnlichen

MikroControllers und in der erhöhten Zuverlässigkeit gegenüber der zuvor genannten direkten Verwendung der Spannungsabfälle U 1 , U2.

Vorzugsweise kann die Steuerschaltung 160 ein Mikrocontroller (nicht separat dargestellt) umfassen, der die Spannungsabfälle U 1 , U2 einliest und auswertet und beim Durchbrennen einer der Sicherungen 1 10, 1 1 1 das Steuersignal (Auslösepuls oder Zündsignal) zum Auslösen des pyrotechnischen Trennelementes 155 generiert.

Optional ist die Steuerschaltung 160 aus einer reinen Halbleiterschaltung aufgebaut. Die Halbleiterschaltung umfasst einen Spannungsteiler (nicht separat dargestellt), der die an den Sicherungen 1 10, 1 1 1 abfallenden Spannungen U 1 , U2 aufteilt. Bevorzugt ist an diesem Spannungsteiler ein Transistor (nicht separat dargestellt)

angeschlossen, der beispielsweise als Feldeffekttransistor oder als Bipolartransistor ausgebildet ist. Der Transistor schaltet ab einer gewissen Schwellenspannung eine Steuerspannung (Versorgungsspannung) auf die Auslösevorrichtung des

pyrotechnischen Trennelements 155 durch. Um eine saubere Flanke zu erzeugen, können weiter bevorzugt Elemente wie ein Schmitt-Trigger (nicht separat dargestellt) an der Stelle eines einzelnen Transistors verwendet werden.

Figur 6 zeigt ein Batteriesystem 100 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu dem in der Figur 5 dargestellten Batteriesystem nach der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Batteriesystem 100 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung anstelle des einzelne pyrotechnischen Trennelementes 155 und der Steuerschaltung 160 zwei einzelnen pyrotechnische Trennelemente 170, 180. Auch hier kann jeder Verbraucher 140, 141 als Inverter ausgebildet sein.

Jedes pyrotechnische Trennelement (Pyroswitch) 170, 180 ist in einem jeweils zugeordneten Verbraucherpfad 150, 151 angeordnet. Dabei weist jedes

pyrotechnisches Trennelement 170, 180 vier Anschlüsse auf. Zwei der vier

Anschlüsse sind als Hauptanschlüsse (Hauptkontakte) eines jeden pyrotechnischen

Trennelementes 170, 180 ausgebildet und die anderen zwei der vier Anschlüsse eines jeden pyrotechnischen Trennelementes 170, 180 sind als Ansteueranschlüsse (Nebenkontakte) ausgebildet. Die zwei Hauptanschlüsse jedes pyrotechnischen Trennelementes 170, 180 sind jeweils in dem zugeordneten Verbraucherpfad 150, 151 integriert. Wenn an den zwei Ansteueranschlüssen jedes pyrotechnischen Trennelementes 170, 180 eine vorbestimmte Spannung beziehungsweise ein vorbestimmter Strom angelegt wird, sorgt ein in dem entsprechenden Trennelement 170, 180 angeordneter Initiator (nicht separat dargestellt) für einen Druckaufbau in der Kammer des entsprechenden Trennelementes 170, 180, der zu einem mechanischen Trennen des zwischen den Hauptanschlüssen des betroffenen Trennelementes 170, 180 verlaufenden und sich innerhalb des entsprechenden Trennelementes 170, 180 befindlichen Strompfades (nicht separat dargestellt) führt. Mit einem mechanischen Trennen des internen, sich innerhalb eines jeden

Trennelementes 170, 180 befindlichen Strompfades, wird auch derjenige

Verbraucherpfad 150, 151 getrennt, in dem sich das entsprechende pyrotechnische Trennelement 170, 180 befindet.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird jedes pyrotechnische

Trennelement 170, 180 passiv aktiviert. Das bedeutet, dass die zwei mit den

Ansteueranschlüssen des sich in dem Verbraucherpfad 150 befindlichen

pyrotechnischen Trennelementes 170 verbundenen Ansteuerleitungen 171 , 172 an den beiden Seiten der sich in dem Verbraucherpfad 151 befindlichen Sicherung 1 1 1 angeordnet sind und die zwei mit den Ansteueranschlüssen des sich in dem

Verbraucherpfad 151 befindlichen pyrotechnischen Trennelementes 180

verbundenen Ansteuerleitungen 181 , 182 an den beiden Seiten der sich in dem Verbraucherpfad 150 befindlichen Sicherung 1 10 angeordnet sind.

Wenn beispielsweise in dem Verbraucher 140, der beispielsweise als Inverter ausgebildet ist, ein Kurzschluss auftritt, infolge dem die Schütze 10 beispielsweise wegen eines in dem jeweiligen Schütz 10 aufgetretenen Schützklebers nicht oder nicht rechtzeitig öffnen und gleichzeitig die Sicherung 1 10 auslöst, fällt über die Sicherung 1 10 die Spannung U1 ab, die in der Größenordnung der gesamten Batteriespannung (Batteriepackspannung) liegt. Der Spannungsabfall U1 an dieser ausgelösten Sicherung 1 10 führt zu einem Stromfluss in den Ansteuerleitungen 181 , 182 des pyrotechnischen Trennelementes 180, das sich in dem Verbraucherpfad 151 des Verbrauchers 141 befindet, der nicht vom Kurzschluss betroffen wurde. Dieser Stromfluss führt auch zu einer Aktivierung des entsprechenden pyrotechnischen Trennelementes 180, das in seinem aktivierten Zustand den Verbraucherpfad 151 des Verbrauchers 141 unterbricht. Somit wird der Verbraucher 141 spannungsfrei (spannungslos) geschaltet. Wenn beispielsweise in dem Verbraucher 141 , der beispielsweise auch als Inverter ausgebildet ist, ein Kurzschluss auftritt, infolge dessen die Schütze 10 beispielsweise wegen eines in dem jeweiligen Schütz 10 aufgetretenen Schützklebers nicht oder nicht rechtzeitig öffnen und gleichzeitig die andere Sicherung 1 1 1 auslöst, fällt über diese Sicherung 1 1 1 die Spannung U2 ab, die auch in der Größenordnung der gesamten Batteriespannung (Batteriepackspannung) liegt. Der Spannungsabfall U2 an dieser ausgelösten Sicherung 1 1 1 führt zu einem Stromfluss in den

Ansteuerleitungen 171 , 172 des pyrotechnischen Trennelementes 170, das sich in dem Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 befindet, der in diesem Fall nicht vom Kurzschluss betroffen wurde. Dieser Stromfluss führt zu einer Aktivierung des entsprechenden pyrotechnischen Trennelementes 170, das in seinem aktivierten Zustand den Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 unterbricht. Somit wird der Verbraucher 140 spannungsfrei (spannungslos) geschaltet. Bei dem Batteriesystem 100 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsabfall U1 , U2 über einer durchgebrannten Sicherung 1 10, 1 1 1 jeweils genutzt, um das entsprechende der zwei pyrotechnischen Trennelemente 170, 180 zu zünden. Wenn die Sicherung 1 10 durchbrennt, wird diese durchgebrannte

Sicherung 1 10 über die Ansteuerleitungen 181 , 182 des pyrotechnischen

Trennelementes 180 kurzgeschlossen. Wenn die andere Sicherung 1 1 1 durchbrennt, wird diese andere durchgebrannte Sicherung 1 1 1 über die Ansteuerleitungen 171 , 172 des pyrotechnischen Trennelementes 170 kurzgeschlossen.

Bevorzugt wird zur Begrenzung des über die Ansteuerleitungen 171 , 172 beim Durchbrennen der Sicherung 1 1 1 fließenden Strom jeweils ein ohmscher Widerstand

(nicht separat dargestellt) oder alternativ eine Sicherung (nicht separat dargestellt) in den Ansteuerleitungen 171 , 172 eingebaut. Die Verwendung eines ohmschen Widerstandes oder einer Sicherung (Schmelzsicherung) in den Ansteuerleitungen 171 , 172 führt dazu, dass die Ansteuerleitungen 171 , 172 jeweils nicht zu stark thermisch belastet werden. Dadurch wird ebenfalls verhindert, dass nach dem

Zünden des pyrotechnischen Trennelementes 170 eine gefährliche Spannung über die Ansteuerleitungen 171 , 172 an den Verbraucher 141 und so auch an das

Hochvoltnetz 103, das beispielsweise das Hochvoltnetz 103 eines Fahrzeuges ist, weitergegeben wird, obwohl die sich in dem Verbraucherpfad 151 des Verbrauchers 141 befindlichen Sicherung 1 1 1 durchgebrannt ist und diesen Verbraucherpfad 151 getrennt hat.

Weiter bevorzugt wird zur Begrenzung des über des über die Ansteuerleitungen 181 , 182 beim Durchbrennen der Sicherung 1 10 fließenden Stromes jeweils ein ohmscher Widerstand (nicht separat dargestellt) oder alternativ eine Sicherung (nicht separat dargestellt) in den Ansteuerleitungen 181 , 182 eingebaut. Die Verwendung eines ohmschen Widerstandes oder einer Sicherung (Schmelzsicherung) in den

Ansteuerleitungen 181 , 182 führt dazu, dass auch die Ansteuerleitungen 181 , 182 jeweils nicht zu stark thermisch belastet werden. Dadurch wird ebenfalls verhindert, dass nach dem Zünden des pyrotechnischen Trennelementes 180 auch über die

Ansteuerleitungen 181 , 182 eine gefährliche Spannung an den Verbraucher 140 und so auch an das Hochvoltnetz 103, das beispielsweise das Hochvoltnetz 103 eines Fahrzeuges ist, weitergegeben wird, obwohl die sich in dem Verbraucherpfad 150 des Verbrauchers 140 befindliche Sicherung 1 10 durchgebrannt ist und diesen Verbraucherpfad 150 getrennt hat.

Solche pyrotechnische Trennelemente werden in dem Niedervoltnetz

(12 V-Netz) von Fahrzeugen bereits seit längerem in der Serie eingesetzt, wobei die Ansteuerleitungen solcher pyrotechnischen Trennelemente über das

Airbagsteuergerät aktiviert werden. Nachteilig dabei ist, dass die so eingesetzten pyrotechnischen Trennelemente bei hohen Spannungen lediglich niedrige Ströme trennen können.

Figur 7 zeigt ein Batteriesystem 100 nach einer dritten Ausführungsform der

Erfindung. Im Unterschied zu dem in der Figur 5 dargestellten Batteriesystem nach der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Batteriesystem 100 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung anstelle des einzelnen pyrotechnischen Trennelementes 155 und der Steuerschaltung 160 ein einzelnes Schließelement 190, das in seinem nicht aktivierten Zustand geöffnet ist und keinen Strom leiten kann und in seinem aktivierten Zustand jeweils geschlossen ist und einen Strom leiten kann.

In der Figur 7 ist das Schließelement 190 in seinem nicht aktivierten Zustand, das heißt, in seinem geöffneten Zustand dargestellt. Das Schließelement 190 ist dabei an einem seiner zwei Anschlüsse mit demjenigen Anschluss der in dem

Verbraucherpfad 150 angeordneten Sicherung 1 10 verbunden, der direkt mit dem in dem Verbraucherpfad 150 angeordneten Verbraucher 140 verbunden ist, und an dem anderen seiner zwei Anschlüsse mit demjenigen Anschluss der in dem anderen Verbraucherpfad 151 angeordneten Sicherung 1 1 1 verbunden, der direkt mit dem anderen in dem Verbraucherpfad 151 angeordneten Verbraucher 141 verbunden ist. Auch hier kann jeder Verbraucher 140, 141 als Inverter ausgebildet sein.

Wird das erfindungsgemäße Batteriesystem 100 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung zum Versorgen des Hochvoltnetzes 103 eines Fahrzeuges (nicht dargestellt) eingesetzt, so ist das Schließelement 190 bevorzugt fahrzeugseitig gegenüber den Sicherungen 1 10, 1 1 1 der beiden Verbraucherpfade 150, 151 angeordnet. Dieses Schließelement 190 ist im Normalfall geöffnet. Bevorzugt beim

Auftreten eines Kurzschlusses in dem Verbraucher 140, infolge dem die diesem Verbraucher 140 zugeordnete Sicherung 1 10 auslöst, wird das Schließelement 190 aktiviert. Wenn die Schütze 10 infolge dieses Kurzschlusses verschweißen, fließt durch das aktivierte Schließelement 190, den vom Kurzschluss betroffene

Verbraucher 140 und die dem vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbraucher 141 zugeordnete Sicherung 1 1 1 so lange ein Strom, bis die Sicherung 1 1 1 auslöst. Somit kann der vom Kurzschluss nicht betroffene Verbraucher 141 beziehungsweise der Stromkreis des vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 141 spannungsfrei geschaltet werden.

Weiter bevorzugt wird das Schließelement 190 auch beim Auftreten eines

Kurzschlusses in dem anderen Verbraucher 141 , infolge dem die diesem anderen Verbraucher 141 zugeordnete Sicherung 1 1 1 auslöst, aktiviert. Wenn die Schütze 10 infolge dieses Kurzschlusses verschweißen, fließt durch das aktivierte

Schließelement 190, den anderen vom Kurzschluss betroffene Verbraucher 141 und die dem vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbraucher 140 zugeordnete Sicherung 1 10 dann so lange ein Strom, bis die Sicherung 1 10 auslöst. Somit kann der vom Kurzschluss nicht betroffene Verbraucher 140 beziehungsweise der Stromkreis des vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 140 spannungsfrei geschaltet werden. Insgesamt können sämtliche Gefahren, die beispielsweise beim Berühren von offenen liegenden Komponenten (Teilen) eines vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 140, 141 , an denen gefährlich hohe Spannungen anliegen, beziehungsweise die durch ein Überladen der Batterie über den Stromkreis eines vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 140, 141 auftreten, ausgeschlossen werden. Die gefährlichste Situation kann dann auftreten, wenn die Batterie 100 über den Stromkreis eines vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 140,

141 überladen wird und die Batteriezellen der Batterie 101 in eine sehr gefährliche exotherme Reaktion übergehen. Ebenfalls kann es passieren, dass die Komponenten eines vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbrauchers 140, 141 durch einen Unfall beschädigt wurden und offen liegen. Dann kann die Berührung solcher Komponenten zu einem elektrischen Schlag führen.

Die Schütze 10 können verschweißen, wenn in einem der Verbraucher 140, 141 ein Kurzschluss auftritt, infolge dem ein hoher Kurzschlussstrom von üblicherweise größer als 3 kA bis 7 kA entsteht. Wenn das der Fall ist, löst die entsprechende

Sicherung 1 10, 1 1 1 unmittelbar danach innerhalb von einigen Millisekunden aus. In der Figur 7 wurden die über der Sicherung 1 10 abfallende Spannung mit U 1 und die über der Sicherung 1 1 1 abfallende Spannung mit U2 gekennzeichnet. Bevorzugt wird durch ein Batteriesteuergerät (nicht separat dargestellt) des

Batteriesystems 100 das Vorliegen einer ausgelösten Sicherung 1 10, 1 1 1 und/oder mindestens eines verklebten Schützes 10 detektiert. Weiter bevorzugt wird durch das Batteriesteuergerät beim Vorliegen einer ausgelösten Sicherung 1 10, 1 1 1 und/oder mindestens eines verklebten Schützes 10 das erfindungsgemäße Schließelement (Schließeinheit) 190 aktiviert.

Schließelemente können grundsätzlich als normale Schalter ausgelegt sein.

Dadurch, dass handelsübliche Schalter derartige Kurzschlussströme bis zu

10 kA nicht zuschalten können, bieten sich für das erfindungsgemäße

Schließelement (Schließeinheit) 190 Sonderbauformen an. Das erfindungsgemäße

Schließelement kann bevorzugt als ein Schütz ausgebildet sein, das in dem nicht aktivierten Zustand (normaly open) geöffnet ist und das durch Anlegen einer

Steuerspannung in seinen aktivierten Zustand, in dem das Schütz geschlossen ist, schaltet. Das erfindungsgemäße Schließelement 190 kann bevorzugt als ein herkömmlichen pyrotechnisches Schließelement (pyrotechnical closing device) ausgebildet sein, bei dem ein Bolzen durch eine pyrotechnische Ladung beschleunigt wird und der so beschleunigte Bolzen zwei Stromschienen kurzschließt.

In der Figur 8 ist ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Batteriesystems 100 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der Figur 8 wird durch mehrere Pfeile der Stromfluss dargestellt, der beim Auftreten eines Kurzschlusses in dem Verbraucher 140, infolge dem die diesem Verbraucher 140 zugeordnete Sicherung 1 10 auslöst und die Schütze 10 des Batteriesystems 100 verschweißen, in dem Batteriesystem 100 vorkommt, nachdem das Schließelement 190 aktiviert wurde. In diesem Fall fließt über die Batterie 101 , die Hochvoltanschlüsse 130, 131 der Batterie 101 , das aktivierte Schließelement 190, den vom Kurzschluss betroffenen Verbraucher 140 und die dem vom Kurzschluss nicht betroffenen Verbraucher 141 zugeordnete Sicherung 1 1 1 so lange ein Strom, bis die Sicherung 1 1 1 auslöst.

In den Figuren 9 bis 1 1 ist ein erfindungsgemäßes Schließelement 190 dargestellt, das als pyrotechnisches Schließelement (PCD) 191 ausgebildet ist

In der Figur 9 ist das pyrotechnische Schließelement 191 in einem Zustand dargestellt, in dem die pyrotechnische Ladung 210 des pyrotechnischen

Schließelementes 191 mittels eines Zündsignals 200 gezündet wird. In der Figur 8 sind auch die Stromschienen 230, 231 des pyrotechnischen Schließelementes 191 dargestellt, die von dem Bolzen 220 des pyrotechnischen Schließelementes 191 noch nicht kurzgeschlossen sind.

In der Figur 10 ist das pyrotechnische Schließelement 191 in einem unmittelbar nach dem Zünden der pyrotechnischen Ladung 210 vorkommenden Zustand dargestellt, in dem das Bolzen 220 durch die pyrotechnische Ladung 210 beschleunigt wird und in dem die Stromschienen 230, 231 noch nicht von dem Bolzen 220 des

pyrotechnischen Schließelementes 191 kurzgeschlossen sind.

In der Figur 1 1 ist das pyrotechnische Schließelement 191 in einem weiteren nach dem Zünden der pyrotechnischen Ladung 210 vorkommenden Zustand dargestellt, in dem das durch die pyrotechnische Ladung 210 beschleunigte Bolzen 220 die Stromschienen 230, 231 kurzgeschlossen hat.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den Figuren 5 bis 1 1 Bezug genommen.