DE102009027072A1

DE102009027072A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102009027072A1
Application number: DE200910027072
Authority: DE
Inventors: Bernhard Sauter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (1) mit zumindest einer Batterie (5, 6, 7) zur Energieversorgung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei zumindest eine Elektromaschine (2) über einen Stromkreis (4) mit zumindest einer Batterie (5, 6, 7) zum Aufbringen einer Betriebsspannung verbunden ist und wobei der Stromkreis (4) als Sicherheitsschaltung ausgeführt ist, so dass zumindest in vorgestimmten Situationen die Betriebsspannung zeitweise zumindest auf eine zulässige Berührungsspannung reduzierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit zumindest einer Batterie zur Energieversorgung in einem Fahrzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, bei Fahrzeugen mit einem Hybrid- oder einem Elektroantrieb zur Energieversorgung Batterien in Gruppen zusammen zu fassen, welche parallel oder in Reihe betrieben werden, um dadurch hohe Spannungen und Ströme zum Antrieb des Fahrzeuges zu erzeugen. Die Höhe der im Fahrzeug benötigten Betriebsspannungen liegt bei modernen Fahrzeugen über der höchstzulässigen Berührungsspannung, welche bei Gleichstrom bei 120 V und bei Wechselstrom bei 50 V liegt. Die über der zulässigen Berührungsspannung liegende Betriebsspannung kann im Fehlerfall oder auch bei einem Unfall zur Gefahrenquelle für die Fahrzeuginsassen oder auch für die Rettungskräfte werden, die zum Beispiel verletzte Personen aus dem Fahrzeug bergen müssen.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 200 05 012 U1 ist ein Batteriesystem für Kraftfahrzeuge mit einer Akkubatterie bekannt. Um bei einem Unfall zu verhindern, dass die elektrische Energie der Akkubatterie zu Schäden führt, ist vorgesehen, dass die Akkubatterie bei einem Unfall sofort vom Bordnetz des Kraftfahrzeuges elektrisch getrennt wird. Die Akkubatterie weist einen Pluspol und einen Minuspol auf, wobei in die vom Pluspol ausgehende Leitung ein Trennschalter eingefügt ist, der durch Beaufschlagen eines Hubmagneten geöffnet werden kann und damit das Bordnetz von der Akkubatterie trennt. Hierbei ist es nachteilig, dass mehrere Komponenten erforderlich sind, um die Akkubatterie vom Bordnetz zu trennen. Außerdem wird die Energieversorgung vollständig getrennt, sodass das Fahrzeug nicht mehr bedienbar ist. Daraus jedoch können sich auch Gefahrensituationen ergeben.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 690 14 148 T2 ein Separator mit integrierter thermischer Schmelzsicherung bekannt. Somit wird eine Batterie-Trennvorrichtung vorgeschlagen, die ein poröses Substrat mit einer fest eingebauten thermischen Schmelze umfasst. Die thermische Schmelze haftet in Form eines schmelzbaren thermischen Schmelzmaterials an wenigstens einer Oberfläche des Substrats in einem vorbestimmten geometrischen Muster. Auf diese Weise erlauben offene Flächen, die nicht durch das thermische Schmelzmaterial bedeckt sind, dass die Trennvorrichtung für die Wanderung der positiven und negativen Ionen zwischen der Anode und Katode während der normalen Batterie-Arbeitsweise genügend permeable bleiben. Während bei anormalen Bedingungen z. B. bei einem Kurzschluss eine vorher ausgewählte innere Temperatur der Batterie das Schmelzen und Fließen des thermischen Schmelzematerials über einen genügend großen Anteil der offenen Flächen verursachen, wodurch die Permeabilität der Trennvorrichtung gegenüber der Wanderung positiver und negativer Ionen abnehmen wird. Für die Funktionsfähigkeit der Trennvorrichtung ist es erforderlich, dass die Batterien entsprechend mit dem thermischen Schmelzematerial bei der Herstellung versehen werden. Auf diese Weise werden die Herstellungskosten der Batterien nachteiliger Weise erhöht. Zudem ist die Batterie danach nicht mehr verwendbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltungsanordnung für Batterien und/oder Akkumulatoren für die Energieversorgung in Fahrzeugen vorzuschlagen, welche eine gefährlich hohe Betriebsspannung in vorbestimmten Situationen, wie z. B. im Fehlerfall oder bei Unfällen vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Zeichnung und den Unteransprüchen.
Demnach wird eine Schaltungsanordnung mit zumindest einer wiederaufladbaren oder nicht wiederaufladbaren Batterie zur Energieversorgung zum Beispiel in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb oder einem Elektroantrieb vorgeschlagen, wobei zumindest eine Elektromaschine oder dergleichen über einen Stromkreis mit zumindest einer Batterie oder einem Akkumulator zum Aufbringen einer erforderlichen Betriebsspannung verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der Stromkreis als Sicherheitsschaltung ausgeführt, so dass in vorbestimmten Situationen die Betriebs spannung zeitweise zumindest auf eine zulässige Berührungsspannung reduziert wird.
Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit der Sicherheitsschaltung beispielsweise für ein bestimmbares Zeitintervall sichergestellt werden, dass im Fehlerfall bzw. bei Unfällen oder auch bei einer Reparatur keine unzulässigen Spannungen an dem Fahrzeug anliegen, welche die Fahrzeuginsassen oder auch Rettungskräfte verletzen können. In vorteilhafter Weise kann danach ohne weiteres die Betriebsspannung bei dem Fahrzeug wieder hergestellt werden.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Sicherheitsschaltung der Stromkreis mit zumindest einem Relais oder zumindest einem Schalter oder dergleichen in z. B. mehrere Teilstromkreise zerlegt werden kann. Somit kann die Batteriespannung durch die Annordnung von zumindest einem Relais oder einem Schalter in ungefährliche Teilspannungen zerlegt wenden, die gleich oder unterhalb einer kritischen Berührungsspannung liegen. Es ist auch möglich, dass der Stromkreis über ein Relais oder einen Schalter getrennt wird, so dass die Betriebsspannung abgeschaltet ist.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Schalter zum Beispiel ein pyrotechnischer Schalter oder dergleichen vorgesehen ist, der bei Aktivierung den zugeordneten Stromkreis öffnet und somit die Batteriespannung reduziert beziehungsweise abschaltet.
Vorzugsweise ist jedes Relais oder jeder Schalter mit einem Sensor zum Erfassen einer kritischen Situation verbunden. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Fehlerfall oder auch Unfälle erkannt werden. Es ist möglich, dass als Sensor zum Beispiel ein bereits in dem Fahrzeug vorhandener Crashsensor zum Auslösen der Airbags verwendet wird. Es können aber auch zusätzliche oder auch andere Sensoren vorgesehen werden, die beispielsweise je nach Stärke oder Ort des Aufpralls eine Reduzierung beziehungsweise eine sofortige Abschaltung der Spannung ermöglichen. Beispielsweise kann bei einem leichten Blechschaden keine Abschaltung jedoch bei einem starken Schaden, bei dem zum Beispiel die Leitungen oder die Leistungselektronik oder der Batteriekasten betroffen sind, eine sofortige Abschaltung vorgenommen werden.
Unabhängig davon kann auch vorgesehen werden, dass eine manuelle Betätigung der Relais oder Schalter zum Beispiel bei Reparatur- und Wartungsarbeiten des Fahrzeuges vorgenommen werden, um das Fahrzeug spannungsfrei beziehungsweise auf eine ungefährliche Teilspannung zuschalten und anschließend wieder entsprechend auf die Betriebsspannung zu bringen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die exemplarisch dargestellte Schaltungsanordnung 1 umfasst beispielhaft eine Elektromaschine 2 zum Antrieb eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges, wobei die Elektromaschine 2 über einen Wechselrichter 3 mit dem Energieversorgungs-Stromkreis 4 verbunden ist. Der Energieversorgungs-Stromkreis 4 umfasst als Sicherheitsschaltung mehrere in Reihe geschaltete Batterien 5, 6, 7, wobei jeder Batterie 5, 6, 7 mindestens ein Relais 8, 9, 10, 13 zum Öffnen und Schließen beziehungsweise zum Zerlegen des Stromkreises 4 zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Betriebsspannung durch Öffnung eines der Relais 8, 9, 10, 13 abgeschaltet wenden. Es ist ohne weiteres möglich, dass durch nicht weiter dargestellte Verbindungsleitungen auch Teilstromkreise gebildet werden, so dass durch Öffnen bestimmter Relais 8, 9, 10, 13 Teilspannungen an dem Stromkreis 4 einstellbar sind, die zum Beispiel zumindest eine zulässige Berührungsspannung nicht überschreiten.
Jedes Relais 8, 9, 10, 13 welches auch als pyrotechnischer Schalter ausgebildet sein kann, ist über eine Verbindungsleitung 11 mit einem Sensor 12 verbunden. Dieser Sensor 11 kann der Crashsensor zum Aktivieren der Airbags in dem Fahrzeug sein. Der Sensor 11 kann aber auch andere Sensoren darstellen. Zudem ist es auch möglich, dass die Relais 8, 9, 10, 13 mit einem Betätigungsschalter verbunden sind, um eine manuelle Zerlegung der Betriebsspannung beziehungsweise der Batte riespannung oder auch ein Abschalten der Betriebsspannung manuell zu ermöglichen.

1: Schaltungsanordnung
2: Elektromaschine
3: Wechselrichter
4: Energieversorgungs-Stromkreis
5: Batterie
6: Batterie
7: Batterie
8: Relais
9: Relais
10: Relais
11: Verbindungsleitung
12: Sensor
13: Relais

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 20005012 U1 [0003]
- DE 69014148 T2 [0004]

Claims

Schaltungsanordnung (1) mit zumindest einer Batterie (5, 6, 7) zur Energieversorgung in einem Fahrzeug, wobei zumindest eine Elektromaschine (2) über einen Stromkreis (4) mit zumindest einer Batterie (5, 6, 7) zum Aufbringen einer Betriebsspannung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (4) als Sicherheitsschaltung derart ausgeführt ist, dass zumindest in vorbestimmten Situationen die Betriebsspannung zeitweise zumindest auf eine zulässige Berührungsspannung reduzierbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (4) mit zumindest einem Relais (8, 9, 10, 13) oder zumindest einem Schalter in mehrere Teilstromkreise zerlegbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis (4) mit zumindest einem Relais (8, 9, 10, 13) oder zumindest einem Schalter zum Abschalten der Betriebsspannung trennbar ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalter ein pyrotechnischer Schalter vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Relais (8, 9, 10, 13) oder jeder Schalter mit einem Sensor (12) zum Erfassen einer kritischen Situation verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (12) ein sich Crashsensor zur Auslösung der Airbags vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Aufprall des Fahrzeuges als kritische Situation in Abhängigkeit der Stärke des Aufpralls eine Zerlegung der Betriebsspannung oder eine vollständige Abschaltung durchführbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zerlegung der Betriebsspannung bei Reparatur- und Wartungsarbeiten am Fahrzeug durchführbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (2) über einen Wechselrichter (3) mit zumindest einer Batterie (5, 6, 7) verbunden ist.