DE102005055075A1 - Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie. Erfindungsgemäß wird über einen parallel zu den Anschlusspolen der Kondensatoreinrichtung angeordneten Kurzschlussschalter die Kondensatoreinrichtung ohne Zwischenschaltung eines separaten Entladewiderstands gezielt entladen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Fahrzeuge sind in vielen verschiedenen Ausführungen bereits bekannt. Beispielsweise werden in so genannten Hybridfahrzeugen, bei denen das Antriebsmoment entweder über eine Brennkraftmaschine und/oder über eine elektrische Maschine bereit gestellt wird, Doppelschichtkondensatoren (auch als Supercaps oder Hochleistungskondensatoren bezeichnet) als Energiespeicher verwendet. Um in der Fachwerkstatt an diesen Fahrzeugen sicher arbeiten zu können, muss der Doppelschichtkondensator zuvor mit einer speziellen Entladevorrichtung entladen werden, bis eine vorhandene Restspannung den Wert einer Schutzkleinspannungsgrenze dauerhaft unterschreitet. Derartige Entladevorrichtungen werden extern an den Doppelschichtkondensator angeschlossen. Hierbei wird der Doppelschichtkondensator über einen Entladewiderstand gezielt kurzgeschlossen und die freiwerdende Energie über den Entladewiderstand in Wärme umgesetzt (JP-A 2004-282823).
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinrichtung zu schaffen, bei dem ein sicherer Entladevorgang der Kondensatoreinrichtung verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Erfindungsgemäß ist ein steuerbarer Kurzschlussschalter vorgesehen, über den die Kondensatoreinrichtung ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen Entladewiderstands kurzgeschlossen und entladen werden kann. Dies ist durch die Verwendung einer kurzschlusssicheren Kondensatoreinrichtung möglich, die über einen steuerbaren Kurzschlussschalter kurzschließbar ist. Die entstehende Wärmeenergie wird durch die eigene Masse der Kondensatoreinrichtung abgeführt bzw. vernichtet. In einer bevorzugten Ausführung ist die Kondensatoreinrichtung im Seitenschweller oder im Kardantunnel (tunnelartige Karosseriestruktur auf der Bodenseite des Fahrzeugs in der die Kardanwelle geführt ist) der Fahrzeugkarosserie angeordnet und hier mit den Karosserieblechen wärmeleitend zum Zwecke der Wärmeabfuhr im Kurzschlussfall wirkverbunden.
  • Der steuerbare Kurzschlussschalter kann als Chrashsensorschalter und/oder als ein über eine Steuereinrichtung ansteuerbarer elektronischer Schalter ausgebildet sein.
  • Ein als Chrashsensorschalter ausgeführter Kurzschlussschalter ist beispielsweise als mechanischer Schalter ausgebildet, der unmittelbar durch eine Deformation des Seitenschwellers betätigt wird. Alternativ kann auch der Crashsensorschalter als elektronischer Schalter ausgebildet sein, der über eine Crashsensorsignale verarbeitende Steuereinrichtung oder unmittelbar über separate Crashsensoren angesteuert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Kurzschlussschalter auch als ein über einen Bediener ansteuerbarer elektronischer Schalter ausgebildet sein. Hierfür ist der elektronische Schalter über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Bedienerbefehlen ansteuerbar – etwa mittels einem externen Diagnosegerät, welches über eine Diagnoseschnittstelle zu Servicezwecken an das Bordnetz des Fahrzeugsanschließbar ist. Auch ist denkbar den elektronischen Schalter über ein zusätzliches Schaltelement im Fahrzeuginneren gezielt durch einen Bediener zu steuern.
  • Die Kondensatoreinrichtung ist vorzugsweise in einem Seitenschweller oder im Kardantunnel der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Mit Vorteil ist die Kondensatoreinrichtung wärmeleitend mit Karosserieteilen des Fahrzeugs, insbesondere mit Teilen des Seitenschwellers beziehungsweise des Kardantunnels verbunden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung besteht die Kondensatoreinrichtung aus einer Vielzahl von Kondensatorzellen, wobei die Kondensatorzellen in Reihe miteinander verschaltet sind und in Form eines möglichst engen Bogens innerhalb des Seitenschwellers oder des Kardantunnels angeordnet sind derart, dass die kurz zu schließenden Anschlusspole einen möglichst kurzen Abstand zueinander aufweisen. Hierdurch können unnötig lange Leitungsverbindungen (die im Kurzschlussfall eine hohe Strombelastung tragen) vermieden werden. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann die Kondensatoreinrichtung im Fahrzeug im Falle eines Unfalls, aber auch für den Fall, dass Wartungsarbeiten am Fahrzeug vorgenommen werden sollen, innerhalb weniger Sekunden im Hinblick auf die hohen Spannungen der Kondensatoreinrichtung spannungsfrei geschaltet werden. Aufwändige und langwierige Entladevorgänge, wie sie bei herkömmlichen externen Entladevorrichtungen über separate Entladewiderstände notwendig sind, sind nicht erforderlich. Auch wird die Sicherheit deutlich erhöht dadurch, dass sich die Entladevorrichtung nunmehr innerhalb des Fahrzeugs bzw. innerhalb eines integrierten Kondensatormoduls befindet und auch im Falle eines Unfalls aktivierbar bzw. kurzschließbar ist, so dass das Fahrzeug in sekundenschnelle frei von hohen Spannung geschaltet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass keine separaten Kühlvorrichtungen zur Abfuhr der Wärmeenergie im Kurzschlussfall erforderlich sind.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Figur zeigt ein Kondensatormodul 2 mit einem Gehäuse 4, in welchem eine aus einer Vielzahl von Kondensatorzellen 6a bestehende Kondensatoreinrichtung 6 und ein der Kondensatoreinrichtung 6 parallel geschalteter Kurzschlussschalter 8, T1 angeordnet ist. Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass für den Fall, dass die Kondensatoreinheit 6 im Störungsfall maximale Explosionskraft entfaltet, das Gehäuse 4 im Wesentlichen unversehrt bleibt. Die Kondensatorzellen 6a sind in Reihe hintereinander geschaltet und in einer bevorzugten Ausführungsform als Schleife in einem Seitenschweller eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Diese Anordnung erfolgt derart, dass die Anschlusspole A, B der Kondensatoreinrichtung 6 einen möglichst geringen Abstand d voneinander aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kondensatorzellen 6a die die Anschlusspole A, B bilden (also die erste und die letzte Kondensatorzelle 6a) mit ihren freien Anschlussenden unmittelbar benachbart zueinander im Seitenschweller angeordnet sind.
  • Der Kurzschlussschalter 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektronischer Schalter T1 (Halbleiterschalter, z.B. Thyristor) ausgeführt. Der Kurzschlussschalter 8 kann dabei über eine Steuereinrichtung SE in Abhängigkeit von Steuersignalen angesteuert werden. Steuersignale können beispielsweise durch Crashsensoren SC automatisch erzeugt werden oder aufgrund von Bediengeräten BG wie Diagnosegeräten oder Bedienschaltern im Fahrzeuginneren gezielt durch Bedienpersonen erzeugt werden. In anderen Ausführungsformen kann der Kurzschlussschalter 8 alternativ oder zusätzlich als rein mechanischer Schalter ausgebildet sein, der aufgrund einer Deformation im Seitenschwellerbereich aktiviert wird (Crashsensorschalter).
  • Das Kondensatormodul 2 ist mit seinen beiden Anschlusspolen A, B über ein Wechselrichtermodul 10 an eine elektrische Maschine 12 gekoppelt. Dabei wird je nach Betriebsart der elektrischen Maschine 12 (generatorisch oder motorisch) eine Anpassung von Strom und Spannung vorgenommen.

Claims (7)

  1. Kraftfahrzeug mit einer Kondensatoreinrichtung (6) zur Speicherung elektrischer Energie, und insbesondere zur Versorgung einer elektrischen Antriebsmaschine (12) des Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch – einen parallel zu den Anschlusspolen (A, B) der Kondensatoreinrichtung (6) angeordneten Kurzschlussschalter (8), – wobei durch Betätigung des Kurzschlussschalters (8) die Kondensatoreinrichtung (6) ohne Zwischenschaltung eines separaten Entladewiderstands entladbar ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussschalter (8) als über eine Steuereinheit (SE) ansteuerbarer elektronischer Schalter (T1) ausgebildet ist.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (6) in einem Seitenschweller oder im Kardantunnel der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
  4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (6) zur Abfuhr der Wärmeenergie wärmeleitend mit den Karosserieteilen der Fahrzeugkarosserie, insbesondere mit Karosserieteilen des Seitenschwellers oder des Kardantunnels, verbunden ist.
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (6) aus einer Vielzahl von Kondensatorzellen (6a) besteht, die Kondensatorzellen (6a) in Reihe miteinander verschaltet sind und die Kondensatorzellen (6a) innerhalb eines Seitenschwellers oder innerhalb des Kardantunnels angeordnet sind derart, dass die kurz zu schließenden Anschlusspole (A, B) einen möglichst kurzen Abstand (d) zueinander aufweisen.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kurzschlussschalter (8) als mechanischer Schalter zur Detektion einer Karosseriedeformation im Seitenschwellerbereich ausgebildet ist, wobei bei detektierter Karosseriedeformation über den Schalter ein Kurzschließen der Kondensatoreinrichtung (6) veranlasst wird.
  7. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (6) zusammen mit dem Kurzschlussschalter (8) in einem gemeinsamen Gehäuse (4) angeordnet ist.
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