DE102006050180A1

DE102006050180A1 - Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006050180A1
Application number: DE102006050180A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Schondelmaier
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises in einem Kraftfahrzeug.
Um diese kostengünstig und im Umgang mit Hochspannung möglichst sicher auszugestalten, weist die Vorrichtung ein erstes Gehäuse (G) zur Aufnahme der zu schließenden Kontakte des Stromkreises und des Interlock-Kreises auf,
wobei das erste Gehäuse (G) wiederum einen Gehäusedeckel (GD) zum Öffnen des ersten Gehäuses (G) aufweist,
der Gehäusedeckel (GD) eine Schließposition einnehmen kann, in der der Interlock-Kreis geschlossen ist, und
der Gehäusedeckel (GD) eine Öffnungsposition einnehmen kann, in der der Interlock-Kreis unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises in einem Kraftfahrzeug.
Werden in Kraftfahrzeugen elektrische Geräte mit Spannungen oberhalb des Niedervolt-Bereiches, also oberhalb von 60 Volt, betrieben, so ist es aus Sicherheitsgründen notwendig Kontrollmechanismen zur Überwachung von Isolationsschäden sowie zur Erkennung von Service-/Diagnosearbeiten und noch nicht abgeschlossenen Montagevorgängen am Hochvolt-Bordnetz und deren Komponenten zu installieren.
Eine Möglichkeit ist die Installation eines Kontrollstromkreises, eines so genannten Interlock-Kreises. Wird dieser Interlock-Kreis unterbrochen, dann sorgen spezielle Vorrichtungen dafür, dass anliegende Spannungen möglichst schnell reduziert werden. Dies kann beispielsweise durch einen Schütz, der einen Stromkreis unterbricht, oder ein Entladen eines Kondensators erfolgen.
Insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die durch einen Elektromotor angetrieben werden, liegen aufgrund der erforderlichen Leistung Spannungen um die 300 Volt vor. Die Spannungen können sogar bis zu 650 Volt betragen.
Aus der DE 10 2004 061 414 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Stromschiene zur Stromversorgung eines Elektromotors einer Getriebeölpumpe bekannt. Die Stromschiene weist ein Steckverbindungsmittel zur Versorgung des Elektromotors mit Drehstrom von hoher Spannung auf. Beim Abziehen eines korrespondierenden Steckers der Stromversorgung des Fahrzeuges vom Steckverbindungsmittel werden zunächst ein Interlock-Kreis und dann der Leistungsstromkreis unterbrochen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises in einem Kraftfahrzeug vorzuschlagen, die kostengünstig ist und im Umgang mit Hochspannung möglichst sicher ist.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß ist ein erstes Gehäuse zur Aufnahme der zu schließenden Kontakte des Stromkreises und des Interlock-Kreises vorgesehen, das einen Gehäusedeckel zum öffnen des ersten Gehäuses aufweist. Befindet sich der Gehäusedeckel in einer Schließposition, so ist der Interlock-Kreis geschlossen. Befindet sich der Gehäusedeckel in einer öffnungsposition, so ist der Interlock-Kreis unterbrochen.
Ist der Gehäusedeckel mittels einer Verschlussschraube in seiner Schließposition gesichert, so wird eine hohe Sicherheit im Umgang mit Hochspannung erreicht, da die Hochspannungskontakte, insbesondere im Gegensatz zu einer Steckverbindung, nicht durch eine Erschütterung offen gelegt bzw. getrennt werden können.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Kontakte des Interlock-Kreises an dem Gehäusedeckel angebracht und werden von einem Kontaktelement verbunden, wenn sich der Gehäusedeckel in der Schließposition befindet. Somit kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass bei einem öffnen des Gehäusedeckels, beispielsweise durch eine translatorische oder eine rotatorische Bewegung, zunächst der Interlock-Kreis unterbrochen wird. Vorteilhaft wird die Anordnung der Kontakte des Interlock-Kreises und des Kontaktelements so gewählt, dass bei einer öffnung des Gehäusedeckels, die ausreichen würde, um einen Gegenstand, beispielsweise ein Werkzeug, oder einen Finger mit den Leistungskontakten in Kontakt bringen zu können, der Interlock-Kreis bereits unterbrochen ist und die Hochspannung, insbesondere größer 60 Volt, bereits abgeschaltet ist. Somit ist ein Montieren und Demontieren der Leistungskontakte des Stromkreises vorteilhaft nur bei geöffnetem Gehäusedeckel möglich. Ebenso kann die Anordnung der Kontakte des Interlock-Kreises und des Kontaktelements vorteilhaft so gewählt werden, dass der Interlock-Kreis bereits unterbrochen ist und die Hochspannung bereits abgeschaltet ist, wenn Wasser in das erste Gehäuse eindringen kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist dem ersten Gehäuse eine Anpressvorrichtung, insbesondere das Kontaktelement, zugeordnet, die die zu schließenden Kontakte des Stromkreises aneinander presst, wenn sich der Gehäusedeckel in der Schließposition befindet. Somit wird vorteilhaft eine Lockerung der zu schließenden Kontakte des Stromkreises verhindert und eine hohe Kontaktsicherheit erreicht. Dies ist insbesondere bei einem Verschluss des Gehäusedeckels mittels der Verschlussschraube gegeben.
Die vorgenannten Vorteile werden besonders günstig durch einen vorgespannten Blechstreifen erreicht, der sowohl die Funktion des Kontaktelements als auch der Anpressvorrichtung erfüllen kann. Der Blechstreifen ist gegenüber den zu schließenden Kontakten des Stromkreises isoliert ausgeführt.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das erste Gehäuse derart angeordnet, dass zwischen den Innenräumen des ersten Gehäuses und des zweiten Gehäuses einer Leistungselektronik ein Luftaustausch stattfinden kann, wobei das zweite Gehäuse besonders vorteilhaft ein Druckausgleichselement zum Motorraum bzw. Außenbereich hin umfasst. Somit kann der Innenraum des ersten Gehäuses über das zweite Gehäuse entlüftet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Motortemperatursensors einer Elektromaschine, in das erste Gehäuse integriert. Somit sind vorteilhaft keine zusätzlichen Öffnungen an Gehäusen von weiteren Elementen für eine separate Kontaktierung notwendig. Ebenso kann vorteilhaft eine Kontaktierung über den Motor-/Fahrzeugkabelsatz eingespart werden, was zudem zu einer reduzierten Störanfälligkeit führt.
Eine bevorzugte Ausführung des ersten Gehäuses aus Metall, insbesondere Aluminium, zeichnet sich vorteilhaft durch eine hohe Stabilität aus. Hierdurch ist es möglich, die Stromschiene auch als Halteelement einzusetzen und einen separaten Halter einzusparen. Ebenso kann es vorteilhaft durch seine gute elektrische Leitfähigkeit als Masseverbindung zu einem dritten Gehäuse eines Elements des Stromkreises, beispielsweise einem Elektromotorgehäuse, einem Spacergehäuse oder einem Getriebegehäuse, dienen, wobei das dritte Gehäuse des Elements des Stromkreises wiederum über separate Massekabel mit der Karosseriemasse verbunden ist. Des Weiteren wird vorteilhaft durch die gute elektrische Leitfähigkeit und die paramagnetische Eigenschaft eine elektrische Abschirmung erreicht.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung, bei der zwischen dem ersten Gehäuse und dem dritten Gehäuse des Elements des Stromkreises, insbesondere einer Elektromaschine, eine elektrisch leitfähige Dichtung angeordnet ist, wird die elektrische Abschirmung noch verbessert. Insbesondere Störeinflüsse durch gepulste Ströme auf Steuergeräte und Signalleitungen im Motorraum werden hierdurch optimal abgeschirmt. Um Kontaktkorrosion zu vermeiden, kann außerhalb der elektrisch leitfähigen Dichtung eine zweite umlaufende, hochohmige Dichtung angeordnet sein.
Eine bevorzugte Verschraubung der zu schließenden Kontakte des Stromkreises führt zu Kostenvorteilen beispielsweise gegenüber einer Steckverbindung und zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus.
Weiter Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises, die ein erstes Gehäuse aufweist, sowie ein zweites Gehäuse einer Leistungselektronik in einer schematischen Darstellung,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 1 mit einem geöffneten Gehäusedeckel,
3 eine Verschraubung einer Wechselstromleitung in noch nicht verschraubtem Zustand im Querschnitt,
4 eine mit einem Kontakt einer Elektromaschine verschraubte Wechselstromleitung im Querschnitt,
5 einen Gehäusedeckel mit Kontakten des Interlock-Kreises und einem vorgespannten Blechstreifen im Querschnitt, und
6 einen Interlock-Kreis in einer schematischen Darstellung.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises und zum Schließen eines Interlock-Kreises mit einem ersten Gehäuse G, das einen Gehäusedeckel GD aufweist. Der Gehäusedeckel GD ist mittels einer Verschlussschraube (VS) in seiner Schließposition gesichert. Des Weiteren können das erste Gehäuse G und der Gehäusedeckel GD so ausgestaltet sein, dass der Gehäusedeckel GD in seiner Schließposition einrastet.
Das erste Gehäuse G ist mit mehreren Halteschrauben HS an einem Spacergehäuse GE befestigt. Jedoch kann das erste Gehäuse G auch an anderen dritten Gehäusen von Elementen des Stromkreises, beispielsweise einem Elektromotorgehäuse oder einem Getriebegehäuse befestigt sein.
Als Spacergehäuse wird beispielsweise ein Gehäuseteil bezeichnet, das rohrförmig ausgestaltet ist und zwischen einem Gehäuse eines Verbrennungsmotors und einem Gehäuse eines Getriebes angeordnet ist und der Aufnahme von hybridspezifischen Bauteilen, wie beispielsweise einer Elektro maschine, dient. Eine Verschraubung am Spacergehäuse ist deswegen besonders vorteilhaft, weil dieses Bauteil sowieso neu und speziell für ein Hybridfahrzeug konstruktiv ausgelegt wird. Hierdurch entfallen teure und aufwendige Änderungen an den Gehäusen des Getriebes und des Verbrennungsmotors.
Die Anzahl und Anordnung der Halteschrauben HS richten sich beispielsweise nach den statischen Gegebenheiten und den Schwingungsanforderungen.
Ein zweites Gehäuse GL einer Leistungselektronik-Einheit, angedeutet durch eine Brückenschaltung, ist ebenfalls über Schrauben GS an einem Halter oder direkt an einem Aggregat oder einer Karosserie befestigt.
Das erste Gehäuse G und das zweite Gehäuse GL sind vorzugsweise so angeordnet, dass zwischen den Innenräumen des ersten Gehäuses G und des zweiten Gehäuses GL ein Luftaustausch stattfinden kann. Hierbei weist das zweite Gehäuse GL ein nicht dargestelltes Druckausgleichselement zum Motorraum bzw. Außenbereich hin auf. Somit kann der Innenraum des ersten Gehäuses G über das zweite Gehäuse GL entlüftet werden.
Sowohl das erste Gehäuse G als auch das zweite Gehäuse GL sind bevorzugt aus Aluminium. Es wäre allerdings auch eine Ausführung aus Kunststoff mit integrierter Metallarmierung denkbar.
Eine Ausführung aus Aluminium führt zu einer hohen Stabilität bei geringem Gewicht. Durch die gute elektrische Leitfähigkeit dient das erste Gehäuse G gleichzeitig als Masseverbindung zum Spacergehäuse GE, welches wiederum über separate nicht dargestellte Massekabel mit der Karosserie masse verbunden ist. Hierzu ist mindestens eine Verschraubung HS des ersten Gehäuses G mit dem Spacergehäuse GE leitfähig auszulegen. Ebenso ist die Verbindung zum zweiten Gehäuse GL der Leistungselektronik leitfähig auszulegen.
Die gute elektrische Leitfähigkeit und die paramagnetische Eigenschaft des Aluminiums führt ebenso zu einer guten elektrischen Abschirmung der Wechselstromleitungen U, V und W, die in das erste Gehäuse G integriert sind. Auch elektromagnetische Felder einer Elektromaschine, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine, werden dadurch außerhalb des ersten Gehäuses G nur sehr gering verstärkt.
Die elektrische Abschirmung wird durch eine umlaufende, elektrisch leitfähige Dichtung UD, wie sie in 3 gezeigt ist, noch verbessert. Die elektrisch leitfähige Dichtung UD ist zwischen dem ersten Gehäuse G und dem Spacergehäuse GE angeordnet. Ebenso sind nicht dargestellte Dichtungen zwischen dem ersten Gehäuse G und dem zweiten Gehäuse GL der Leistungselektronik elektrisch leitfähig ausgeführt. Somit ist ein allumspannender, lückenfreier elektrischer Schirm um die Wechselstromleitungen U, V und W gewährleistet. Die elektrisch leitfähige Dichtung UD kann in Form einer metallisierten Spirale oder in Form von einem an einem der Gehäuse angebrachten Metallstreifen ausgeführt werden. Bei planen und leitfähigen Auflageflächen der beiden inneren Gehäusekragen kann gegebenenfalls ganz auf eine separate elektrisch leitfähige Dichtung UD verzichtet werden.
Um Kontaktkorrosion zu vermeiden, kann außerhalb der elektrisch leitfähigen Dichtung UD eine zweite umlaufende, hochohmige Dichtung, vorzugsweise aus Silikon, zwischen den Gehäusen G und GE bzw. G und GL angeordnet sein.
Wie in 2 bei geöffnetem Gehäusedeckel GD dargestellt, sind die Wechselstromleitungen U, V und W über Kontaktschrauben KSU, KSV und KSW mit den Kontakten der nicht dargestellten Elektromaschine verbunden.
Die in das erste Gehäuse G integrierten Wechselstromleitungen U, V und W sind entsprechend dem zur Verfügung stehenden Bauraum rund oder flach ausgestaltet und einzeln isoliert.
Ebenso sind die in das erste Gehäuse G integrierten Signalleitungen, die beispielsweise eine Statorwicklungstemperatur der Elektromaschine an die Leistungselektronik übermitteln, separat abgeschirmt.
3 zeigt eine Verschraubung der Wechselstromleitung U mit einem nicht dargestellten Kontakt einer Elektromaschine mittels der Kontaktschraube KSU. Hierbei ist der Gehäusedeckel GD über ein Scharnier an dem ersten Gehäuse G angebracht und bewegt sich somit durch eine rotatorische Bewegung von der Öffnungsposition in die Schließposition.
In 4 ist die zur Verbindung der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Wechselstromleitung U und dem durch einen Pfeil angedeuteten Kontakt der Elektromaschine vorgesehene Kontaktschraube KSU vollständig eingeschraubt. Hierbei ist die Kontaktschraube KSU durch einen ersten Isolator I von dem Spacergehäuse GE elektrisch getrennt.
5 zeigt den Gehäusedeckel GD mit daran angebrachten Kontakten MK1 und MK2 des Interlock-Kreises sowie einen vorgespannten Blechstreifen KE, der an dem Gehäusedeckel GD befestigt ist. Wobei sich dieser Gehäusedeckel GD alternativ zu dem Gehäusedeckel GD nach 3 durch eine translatorische Bewegung, angedeutet durch den Pfeil, von der Öffnungsposition in die Schließposition und umgekehrt bewegt. Befindet sich der Gehäusedeckel GD in seiner Schließposition, so wird der vorgespannte Blechstreifen KE durch die Kontaktschraube KSU über einen nicht dargestellten zwischen der Kontaktschraube KSU und dem Blechstreifen KE angeordneten zweiten elektrischen Isolator auf die Kontakte MK1 und MK2 des Interlock-Kreises gedrückt und verbindet diese. Der Interlock-Kreis ist also geschlossen. Durch die Federkraft des Blechstreifens KE wird hierbei ebenfalls die Kontaktschraube KSU gegen den nicht dargestellten Kontakt der Elektromaschine gedrückt und somit ein Lösen der Kontaktschraube KSU verhindert.
In 6 ist ein Interlock-Kreis dargestellt, der sich durch das erste Gehäuse G und das zweite Gehäuse GL erstreckt. Hierbei sind die Interlock-Leitungen gegenüber den Wechselstromleitungen separat abgeschirmt.
Innerhalb des ersten Gehäuses G sind die Kontakte MK1 und MK2 dargestellt, die durch den vorgespannten Blechstreifen KE verbunden sind, wenn sich der Gehäusedeckel in seiner Schließposition befindet. Ebenso sind innerhalb des zweiten Gehäuses GL weitere Kontakte des Interlock-Kreises angedeutet, die ebenfalls durch entsprechende Kontaktelemente verbunden werden können. Ein Batteriecontroller C, der zugleich Quelle des Interlock-Signals ist, wertet das Interlock-Signal aus und öffnet bei einer Unterbrechung des Interlock-Kreises einen Hauptschütz. Zudem erfolgt eine Auswertung des Interlock-Signals durch die Leistungselektronik, die beispielsweise bei einer Unterbrechung des Interlock-Kreises eine Entladung eines Zwischenkreiskondensators einleitet.

Claims

Vorrichtung zum Schließen eines Stromkreises, insbesondere eines Wechselstromkreises, und zum Schließen eines Interlock-Kreises in einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein erstes Gehäuse (G) zur Aufnahme der zu schließenden Kontakte des Stromkreises und des Interlock-Kreises, wobei das erste Gehäuse (G) einen Gehäusedeckel (GD) zum Öffnen des ersten Gehäuses (G) aufweist, der Gehäusedeckel (GD) eine Schließposition einnehmen kann, in der der Interlock-Kreis geschlossen ist, und der Gehäusedeckel (GD) eine Öffnungsposition einnehmen kann, in der der Interlock-Kreis unterbrochen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (GD) derart ausgebildet ist, dass er von der Schließposition durch eine translatorische oder eine rotatorische Bewegung in die Öffnungsposition überführt werden kann oder umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (GD) mittels einer Verschlussschraube (VS) in seiner Schließposition gesichert ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (MK1, MK2) des Interlock-Kreises an dem Gehäusedeckel (GD) angebracht sind und dass ein Kontaktelement (KE) die Kontakte (MK1, MK2) des Interlock-Kreises verbindet, wenn sich der Gehäusedeckel (GD) in der Schließposition befindet.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Gehäuse (G) eine Anpressvorrichtung, insbesondere das Kontaktelement (KE), zugeordnet ist, die die zu schließenden Kontakte des Stromkreises aneinander presst, wenn sich der Gehäusedeckel (GD) in der Schließposition befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anpressvorrichtung, insbesondere dem Kontaktelement (KE), und dem angepressten Kontakt des Stromkreises ein zweites Isolationselement angeordnet ist, wenn sich der Gehäusedeckel (GD) in der Schließposition befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (KE) der Anpressvorrichtung entspricht und als vorgespannter Blechstreifen ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (G) mit einem zweiten Gehäuse (GL) einer Leistungselektronik verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (G) derart angeordnet ist, dass zwischen den Innenräumen des ersten Gehäuses (G) und des zweiten Gehäuses (GL) der Leistungselektronik ein Luftaustausch stattfinden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (GL) ein Druckausgleichselement umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Motortemperatursensors einer Elektromaschine, in das erste Gehäuse (G) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen des Interlock-Kreises in das erste Gehäuse (G) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (G) aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Gehäuse (G) und einem dritten Gehäuse (GE) eines Elements des Stromkreises, insbesondere einer Elektromaschine, eine elektrisch leitfähige Dichtung (UD) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Gehäuse (G) und einem dritten Gehäuse (GE) eines Elements des Stromkreises, insbesondere einer Elektromaschine, eine hochohmige Dichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu schließenden Kontakte des Stromkreises durch eine Schraubverbindung (KSU, KSV, KSW) verbindbar sind.