DE102009047961A1

DE102009047961A1 - Hochspannungsschaltungsanordnung mit eingebauter Hochspannungsverriegelung

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Publication number: DE102009047961A1
Application number: DE102009047961A
Authority: DE
Inventors: James E. Rochester Hills Tarchinski; William J. Washington Township Omell; Keith D. van Birmingham Maanen; Ryan M. Rochester Meroz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: CN101712302B; US8466586B2; US20100084205A1; DE102009047961B4; CN101712302A

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst ein Hochspannungsenergiespeichersystem (HV-ESS), eine HV-Einrichtung mit HVIL-Source- und Rückführkontakten (SR-Kontakten) und einer HV-Aufnahme, ein HV-Kabel und eine HV-Anschlussanordnung. Die Anordnung umfasst einen Wannenabschnitt und eine Halterung zum Ausrichten der HV-Kabel in der HV-Aufnahme. Eine HVIL-Jumpereinrichtung ist mit dem Wannenabschnitt verbunden und kann mit den HVIL-SR-Kontakten elektrisch verbunden werden. Die Anordnung umfasst einen Abdeckungsabschnitt, der an dem Wannenabschnitt abnehmbar montiert werden kann, um eine geeignete EMF-Abschirmung und eine Witterungsdichtung bereitzustellen. Der Abdeckungsabschnitt umfasst einen HVIL-Kurzschlussstecker. Elektrische HV-Energie wird von dem ESS an die HV-Einrichtung nur geliefert, wenn alle drei HVIL-Komponenten, d.h. die HVIL-SR-Kontakte, die HVIL-Jumpereinrichtung und der HVIL-Kurzschlussstecker elektrisch verbunden sind, um eine geschlossene HVIL-Schaltung zu bilden, wobei gleichzeitig das HV-Kabel korrekt verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein elektrisches System eines Fahrzeugs und insbesondere eine Hochspannungsanschlussanordnung mit einer Hochspannungsverriegelungs- oder HVIL-Fähigkeit zur Verwendung mit einem Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug, Brennstoffzellenfahrzeug oder einem anderen mit einer Hochspannung angetriebenen Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem mit einer Hochspannung angetriebenen Fahrzeug (HVPV), wie etwa einem Hybridelektrofahrzeug (HEV), einem Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug (FCEV) oder einem Elektrofahrzeug (EV) liefert eine Hochspannungsleistungsversorgung (HV-Leistungsversorgung) oder ein Energiespeichersystem (ESS), zum Beispiel ein wiederaufladbarer Batteriestapel oder eine andere elektrochemische HV-Energiespeichereinrichtung, eine Quelle oder eine Versorgung von zumindest einem Teil der elektrischen HV-Leistung, die zum Antreiben des Fahrzeugs benötigt wird. Bei einigen Ausgestaltungen kann eine Brennkraftmaschine immer dann abgeschaltet werden oder selektiv heruntergefahren werden, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf oder in einem Stillstand befindet, um Kraftstoff zu sparen, und/oder das Fahrzeug kann vollständig mit elektrischer HV-Leistung, die von dem ESS bereitge stellt wird, in Abhängigkeit von dem speziellen Entwurf des Fahrzeugs laufen.
Um genügend elektrische HV-Leistung zum teilweisen oder vollständigen Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen sowie um verschiedene HV-Komponenten an Bord des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen, enthält oder speichert das ESS Energie oder Spannung bei einem relativ hohen Potential, typischerweise in der Größenordnung von etwa 60 bis 300 Volt oder mehr. Gebräuchliche HV-Komponenten, die an Bord eines typischen HVPV verwendet werden, können beispielsweise einen oder mehrere Elektromotoren/Generatoren, ein Klimaanlagenregelungsmodul (ACCM), einen Servolenkungscontroller, ein Wechselrichtermodul (PIM), eine Hilfsleistungseinheit oder ein Hilfsleistungsmodul (APM) und/oder andere HV-Einrichtungen umfassen.
In einer gegebenen HV-Fahrzeugkomponente wird die elektrische HV-Verbindung einfach hergestellt, indem ein 2-phasiges oder 3-phasiges Standard-HV-Elektrokabel mit einer HV-Aufnahme und/oder einer Verteilerschiene verschraubt oder an dieser befestigt wird. Um sich gegen einen unbeabsichtigten Zugriff auf die HV-Schaltung an Bord des Fahrzeugs zu schützen, verwenden viele Hersteller eine als Hochspannungsverriegelungskreis oder HVIL-Schaltung bekannte Einrichtung. Eine HVIL-Schaltung ist eine speziell ausgelegte Niederspannungsschaltung, die gewöhnlich von einer 12-Volt-Hilfsbatterie mit Energie versorgt wird und ausgelegt ist, um eine HV-Leistungsversorgung zu unterbrechen, wobei beliebige lokale elektrische Energieladungen sicher entladen werden. Die HVIL-Schaltung ist häufig zu einem potentiellen HV-Zugriffspunkt hingeführt, etwa zu einer Anschlussdose oder einem Kabelverbindungsanschluss in eine HV-Einrichtung hinein. Die HVIL-Schaltung erfasst einen beliebigen potentiellen Zugriff auf den HV-Zugriffspunkt, indem sie eine Veränderung bei einigen elektrischen Eigenschaften der Niederspannungsdrähte oder -leitungen detektiert, welche die HVIL-Schaltung bilden.
Typischerweise sind die HVIL-Leitungen an die gleichen Stellen oder Zugriffspunkte in dem Fahrzeug wie die HV-Kabel geführt. Daher werden auf herkömmliche Weise Niederspannungs-HVIL-Leitungen zusammen mit den HV-Kabeln gebündelt und gemeinsam an die verschiedenen HV-Zugriffspunkte geführt. Ein Bündeln auf diese Weise kann jedoch größtenteils aufgrund der weitgehend ungleichartigen Dicken- oder Drahtstärken der jeweiligen Leitungs- oder Kabelsätze suboptimal sein. Jede Vibration, Bewegung oder Biegung der HV-Kabel relativ großer Dicke kann die Haltbarkeit irgendwelcher damit gebündelter HVIL-Leitungen mit kleinerer Dicke im Lauf der Zeit möglicherweise beeinträchtigen. Unabhängig von den Haltbarkeitsbedenken, die durch das Bündeln von Drähten oder Kabeln ungleichartiger Dicke in einem dynamischen System, wie etwa einem Kraftfahrzeug, hervorgerufen werden, bestimmen herkömmliche HV-Verbindungsverfahren darüber hinaus auch nicht auf optimale Weise, ob sich ein HV-Verbinder in einer korrekten Position befindet oder korrekt installiert ist, bevor eine HVIL-Schaltung geschlossen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend wird ein Hochspannungsverbinder (HV-Verbinder) oder eine HV-Anschlussanordnung bereitgestellt, die eine Hochspannungsverriegelungsschaltung (HVIL-Schaltung) sowohl zum Detektieren eines versuchten Zugriffs auf eine HV-Schaltung an Bord eines Fahrzeugs als auch zum Detektieren einer korrekten elektrischen Verbindung oder Installation einer HV-Verkabelung an einer HV-Einrichtung, bevor die HV-Schaltung mit Energie versorgt wird, verwendet. Die HV-Anschlussanordnung kann mit einer herkömmlichen Ringanschlusskonfiguration sowie anderen HV- Verbindungseinrichtungen arbeiten. Da die HV-Anschlussanordnung mit der HVIL-Schaltung des Fahrzeugs zusammengebaut ist, werden keine zusätzlichen Teile oder Komponenten benötigt, wie etwa Endschalter oder andere potentiell festgeschweißende, korrodierende oder einfrierende Schalteinrichtungen, um eine vollständige und korrekte Verbindung von HV-Kabeln nach einer Fahrzeugmontage oder einer nachfolgenden Fahrzeugwartungsarbeit akkurat zu erfassen oder zu detektieren. Anders als die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren wird erfindungsgemäß eine HVIL-Verkabelung oder -Verdrahtung mit geringer Dicke und niedriger Spannung nicht gemeinsam mit einer HV-Verkabelung mit großer Dicke verlegt, wodurch die Langzeithaltbarkeit der HVIL-Schaltung optimiert wird. Dies sind nur einige der Vorteile, die sich aus der vorliegenden Erfindung wie nachstehend beschrieben ergeben, und der Fachmann kann sich leicht weitere zugehörige Vorteile und Vergünstigungen in der Technik, der Herstellung und/oder der Produktionseffizienz von Komponenten oder Fahrzeugen vergegenwärtigen.
Die HV-Anschlussanordnung verwendet eine eingebettete HVIL-Brücken- oder Jumpereinrichtung und einen Kurzschlussstecker derart, dass die HVIL-Schaltung automatisch geöffnet wird, bevor ein Bediener oder Techniker auf die angeschlossene HV-Einrichtung bei einem gegebenen HV-Zugriffspunkt zugreifen kann. Die Niederspannungs-HVIL-Schaltung kann nicht wieder geschlossen werden, solange nicht und bis die HV-Anschlussanordnung wieder korrekt verbunden oder zusammengebaut ist. Die HVIL-Jumpereinrichtung kann wie nachstehend beschrieben als Teil der HV-Anschlussanordnung hergestellt sein und der HVIL-Kurzschlussstecker kann als Teil eines separaten, abnehmbar montierbaren Abdeckungsabschnitts für die HV-Anschlussanordnung hergestellt sein. Die HVIL-Jumpereinrichtung fungiert als eine notwendige Schnittstelle, die zwischen den HVIL-Source- und Rückführkontakten (SR- Kontakten) eines HVIL-Kabelbaums innerhalb oder an der HV-Einrichtung und dem HVIL-Kurzschlussstecker eingefügt oder angeordnet ist. Die Niederspannungs-HVIL-Schaltung wird nur geschlossen, wenn der HVIL-Kurzschlussstecker mit der HVIL-Jumpereinrichtung korrekt verbunden ist und wenn die HVIL-Jumpereinrichtung wiederum mit den HVIL-SR-Kontakten verbunden ist.
Im Umfang der Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein Energiespeichersystem oder ESS, das zum Speichern und Liefern von elektrischer HV-Energie ausgelegt ist, eine HV-Einrichtung mit HVIL-Source- und Rückführkontakten (SR-Kontakten) und einer HV-Verteilerschiene oder HV-Aufnahme, ein HV-Kabel und eine HV-Anschlussanordnung. Die HV-Anschlussanordnung umfasst einen allgemein konkaven Dosen- oder Wannenabschnitt und eine Halterung, die zum Befestigen der HV-Kabel und zur Ausrichtung derselben mit einer HV-Aufnahme an der HV-Einrichtung ausgelegt ist. Der Wannenabschnitt kann an der HV-Einrichtung montiert sein, beispielsweise unter Verwendung eines Satzes von Gewindeschrauben oder anderen geeigneten Befestigungselementen.
Die HVIL-Anschlussanordnung umfasst die HVIL-Jumpereinrichtung, welche mit dem Wannenabschnitt funktional verbunden oder in einem Stück mit diesem ausgebildet ist, und welche mit den HVIL-SR-Kontakten direkt elektrisch verbunden werden kann. Die HV-Anschlussanordnung umfasst auch einen Abdeckungsabschnitt, der an dem Wannenabschnitt abnehmbar montiert werden kann, um eine geeignete EMF-Abschirmung und Witterungsdichtung für den HV-Zugriffspunkt bereitzustellen, wiederum unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Typs von Befestigungselement. Der Abdeckungsabschnitt umfasst einen HVIL-Kurzschlussstecker oder einen geeigneten Dämpfungswiderstand. Elektrische HV-Energie wird von dem ESS an die HV-Einrichtung nur geliefert, wenn alle drei HVIL-Komponenten, d. h. die HVIL-SR-Kontakte, die HVIL-Jumpereinrichtung und der HVIL-Kurzschlussstecker miteinander elektrisch verbunden sind, um eine geschlossene HVIL-Schaltung zu bilden, wobei gleichzeitig das HV-Kabel korrekt angeschlossen ist.
Die HV-Einrichtung kann entweder als eine zweiphasige oder als eine dreiphasige elektrische Einrichtung ausgestaltet sein, wie etwa ein Wechselrichtermodul (PIM), ein Hilfsleistungsmodul (APM), ein Elektromotor/Generator, usw., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die HV-Einrichtung umfasst einen Signalverbinder, der mit der Hilfsleistungsversorgung elektrisch verbunden ist, etwa über einen Niederspannungskabelbaum, der an die HV-Einrichtung geleitet ist oder sich darin befindet. Der Signalverbinder detektiert, erfasst oder ermittelt auf andere Weise, wann die HVIL-SR-Kontakte, die HVIL-Jumpereinrichtung und der integrierte HVIL-Kurzschlussstecker jeweils alle korrekt verbunden sind, um die geschlossene HVIL-Schaltung zu bilden. Nur, wenn die drei HVIL-Einrichtungen korrekt verbunden sind, wird HV-Leistung der HV-Einrichtung zur Verfügung gestellt.
Wie nachstehend erläutert wird, ist die HV-Anschlussanordnung ausgestaltet, um die direkte elektrische Verbindung des HVIL-Kurzschlusssteckers des Abdeckungsabschnitts und der HVIL-SR-Kontakte der HV-Einrichtung zu verhindern. Verschiedene Mittel sind möglich, um dieses Ergebnis zu erzielen, wie etwa ohne eine Einschränkung, dass der HVIL-Kurzschlussstecker in dem Abdeckungsschnitt und die HVIL-SR-Kontakte so ausgestaltet sind, dass eine direkte Verbindung physikalisch unmöglich ist, z. B. indem jede HVIL-Einrichtung als nicht kompatible Stecker- oder Buchsenverbindungen ausgestaltet wird. Alternativ kann der Abstand und/oder der Sitz des Abdeckungsabschnitts an der HV-Einrichtung ausgestaltet, dimensioniert und/oder geformt sein, um einen Spalt zwischen dem HVIL-Kurzschlussstecker in dem Abdeckungsabschnitt und den HVIL-SR-Kontakten bereitzustellen, der nur über das Einfügen des HVIL-Jumpers der HV-Anschlussanordnung geschlossen werden kann.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines mit einer Hochspannung angetriebenen Fahrzeugs oder HVPV mit einer Hochspannungsleistungsversorgung (HV-Leistungsversorgung) und mindestens einer HV-Einrichtung;
2 ist eine schematische Veranschaulichung einer HV-Anschlussanordnung und einer beispielhaften HV-Einrichtung zur Verwendung mit dem Fahrzeug von 1; und
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht von oben der HV-Anschlussanordnung von 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen und mit 1 beginnend ist ein Fahrzeug 10 als ein durch eine Hochspannung angetriebenes Fahrzeug (HVPV), wie gezeigt etwa als ein beispielhaftes Hybridelektrofahrzeug (HEV), ausgestaltet. Im Umfang der Erfindung sind andere HVPV-Fahrzeugkonfigurationen möglich, wie etwa: ein Brennstoffzellenelektrofahrzeug (FCEV), ein reines Elektrofahrzeug (EV), ein Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) usw. Das Fahrzeug 10 von 1 umfasst eine Brennkraftmaschine (E) und ein Getriebe (T) 14, das mit der Maschine 12 selektiv verbunden sein kann, um ein Drehmoment an einen Satz von Straßenrädern 15 zu übertragen, welche das Fahrzeug 10 in einer Ausgestaltung als Vorderradantrieb, Vierradantrieb, Allradantrieb oder Hinterradantrieb in Abhängigkeit vom Entwurf des Fahrzeugs 10 antreiben können.
Das Getriebe 14 kann ein herkömmliches Automatik- oder Handschaltgetriebe, ein elektrisch verstellbares Getriebe oder ein anderer Getriebeentwurf sein, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. In Abhängigkeit von der speziellen Konzeption des Fahrzeugs 10 kann eine Kupplungseinrichtung 18 bereitgestellt sein, um die Maschine 12 bei Bedarf von dem Getriebe 14 selektiv zu trennen, etwa um einen Fahrzeugvortrieb über eine alternative Energiequelle zu ermöglichen, z. B. einen Elektromotor/Generator (M/G) 17.
Unabhängig von der Antriebsstrangkonfiguration wird elektrische Hochspannungsenergie (HV-Energie) in der Größenordnung von etwa 60–300 V oder mehr an Bord des Fahrzeugs 10 an verschiedene HV-Einrichtungen geliefert, wodurch allgemein eine HV-Schaltung gebildet wird. Derartige HV-Einrichtungen können ein Wechselrichtermodul oder PIM 44, den Elektromotor/Generator (M/G) 17, das ESS 19, eine Hilfsleistungseinheit oder ein Hilfsleistungsmodul (APM) 11 und/oder beliebige weitere HV-Einrichtungen umfassen, die in dem Fahrzeug 10 bereitgestellt oder umfasst sein können, ohne darauf beschränkt zu sein.
Zum Speichern und Liefern der elektrischen HV-Energie ist ein Energiespeichersystem (ESS) 19 mit dem M/G 17 durch das PIM 44 über HV-Leitungen oder -Kabel 23 elektrisch verbunden. Wie der Fachmann versteht, enthalten die HV-Kabel 23 HV-Leiter in einer geeigneten semiflexiblen dielektrischen Isolierbeschichtung, wie etwa Polyethylen, Gummi, Fluorkohlenstoff oder ein anderes geeignetes dielektrisches oder isolierendes Material. Das PIM 44 ist über ähnliche Sätze von HV-Kabeln 23 wie vorstehend beschrieben mit dem ESS 19 und dem APM 11 elektrisch verbunden. Eine universelle oder auf höherer Ebene angesiedelte elektronische Steuerungseinheit oder ein Controller (C) 16 sorgt auch für eine Steuerung und Koordination der verschiedenen Systeme an Bord des Fahrzeugs 10 auf höherer Ebene, welche eine Entscheidungsautoritätslogik zum Aktivieren/Deaktivieren der Hochspannungsschaltungskonnektivität umfasst, wie nachstehend erörtert wird.
Das ESS 19 kann als eine oder mehrere Batterien, wie etwa eine Nickelcadmium-, eine Lithiumionen- oder eine andere geeignete wiederaufladbare Batterieeinrichtung ausgestaltet sein, obwohl andere elektrische und/oder elektrochemische Einrichtungen mit der Fähigkeit zum abwechselnden Speichern und Liefern von elektrischer HV-Leistung an verschiedene HV-Einrichtungen an Bord des Fahrzeugs 10 nach Bedarf ebenfalls im Umfang der Erfindung verwendet werden können. Das ESS 19 kann auf der Grundlage der benötigten Funktionen dimensioniert sein, welche das ESS 19 mit Energie versorgen oder unterstützen soll, einschließlich beliebiger regenerativer Bremsanforderungen oder Antriebsanforderungen. Das ESS 19 liefert elektrische Hochspannungsleistung von etwa 60 bis 300 Volt wie oben angegeben, gewöhnlich in der Form einer Gleichspannung (VDC).
Zusätzlich zu dem ESS 19 ist das APM 11 über einen Niederspannungskabelbaum 50 mit dem ESS 19 und einem oder mehreren Hilfssystemen (AUX) 20 elektrisch verbunden. Das APM 11 dient zum Umsetzen von Hochspannung von dem ESS 19 in 12-Volt-Leistung, um eine 12-Volt-Batterie (B) 38 aufgeladen zu halten, und um alle 12-Volt-Hilfslasten oder -Systeme 20 zu betreiben. Die Batterie 38 kann eine herkömmliche 12-Volt-Batterie, eine kapazitive Niederspannungseinrichtung, und/oder eine beliebige andere geeignete Niederspannungsenergieversorgung oder -quelle sein, wobei der Ausdruck ”Niederspannung” hier das relative Spannungsniveau des APM 11 im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Hochspannung oder HV von etwa 60–300 Volt bezeichnet.
Die Batterie 38 ist mit den Hilfslasten oder -systemen 20 über einen Satz von Niederspannungsleitungen 25 des Kabelbaums 50 elektrisch verbunden. Das APM 11 ist auch mit einem Signalverbinder 13 elektrisch verbunden, der an oder in den verschiedenen HV-Einrichtungen und dem Controller 16 angeordnet ist. Der Signalverbinder 13 agiert als Teil einer Hochspannungsverriegelungsschaltung (HVIL-Schaltung), deren Funktionalität in dem vorstehenden Hintergrundabschnitt allgemein beschrieben ist. Der Signalverbinder 13 wirkt als eine eingebaute Prüfeinrichtung in einer HV-Anschlussanordnung 24, wie nun mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben wird.
Mit Bezug auf 2 verbindet die HV-Anschlussanordnung 24 die HV-Kabel 23 mit einer HV-Einrichtung, die hier als der M/G 17 gezeigt ist, an einem gegebenen HV-Zugriffspunkt an Bord des Fahrzeugs 10. Der Einfachheit halber wird hier nachstehend der M/G 17 als die beispielhafte HV-Einrichtung verwendet, jedoch soll die Beschreibung auf jede HV-Einrichtung zutreffen, die an Bord des Fahrzeugs 10 von 1 verwendet wird. Der Kabelbaum 50 von 1 umfasst einen eingebauten Satz von Hochspannungsverriegelungs-Quell- und Rückführkontakten (HVIL-SR-Kontakten) 32C, welche in dem oder an dem M/G 17 angeschlossen sind. Der M/G 17 umfasst eine HV-Verteilerschiene oder eine HV-Aufnahme 37. In 2 ist der Einfachheit halber nur eine Verbindungsöffnung oder ein Verbindungsauslass für die HV-Aufnahme 37 gezeigt, jedoch können zwei oder drei HV-Aufnahmen 37 oder wie viele auch immer benötigt werden können, im Umfang der Erfindung in Abhängigkeit von dem speziellen Typ von elektrischen Strömen verwendet werden, die zum Versorgen der HV-Einrichtung mit Energie verwendet werden.
Die HV-Anschlussanordnung 24 umfasst einen Wannenabschnitt 28A, der über einen Satz von Schrauben 27 (siehe 3) an dem M/G 17 abnehmbar montiert sein kann, und welcher ausgestaltet ist, um den Satz von HV-Kabeln 23 mit der HV-Aufnahme 37 sicher auszurichten, sobald er so verbunden ist. Der Wannenabschnitt 28A enthält einen Anschluss 34, der als ein einziges gestanztes Stück aus beschichtetem Kupfer oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material ausgestaltet sein kann, das nach Bedarf in Abhängigkeit von der Anzahl von Einzelkabeln, die das HV-Kabel 23 bilden, geformt oder ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform ist der Anschluss 34 ein Ringanschluss, kann aber auch eine beliebige andere geeignete Ausgestaltung zum Verbinden des HV-Kabels 23 mit einer Hochspannungsverteilerschiene oder einer HV-Aufnahme 37 über Schrauben 36 oder andere Befestigungselemente, die in der Richtung von Pfeil B installiert sind, sein.
Die HV-Anschlussanordnung 24 umfasst eine HVIL-Jumpereinrichtung 32B, welche mit dem Wannenabschnitt 28A verbunden ist und mit dem Satz von HVIL-SR-Kontakten 32C elektrisch in Eingriff gebracht oder verbunden werden kann, sobald der Wannenabschnitt 28A an dem M/G 17 in der Richtung, die allgemein durch den Pfeil A angegeben ist, korrekt installiert ist. Ein Abdeckungsabschnitt 28B, der vorzugsweise aus Aluminium aufgebaut ist, stellt eine Abschirmung gegen Witterung und elektromagnetische Felder (EMF) für die verschiedenen elektrischen Verbindungen in dem Wannenabschnitt 28A bereit, wobei der Abdeckungsabschnitt 28B an dem Wannenabschnitt 28A abnehmbar montiert sein kann.
Der Abdeckungsabschnitt 28B umfasst einen eingebauten HVIL-Kurzschlussstecker 32A. Der Kurzschlussstecker 32A ist in dem Sinn ”eingebaut”, dass er in der Gesamtstruktur, die den Abdeckungsabschnitt 28B bildet, verriegelt, befestigt, festgehalten oder anderweitig darin enthalten ist. Der HVIL-Kurzschlussstecker 32A umfasst ein Kurzschlussmerkmal 39, etwa ein Drahtstück oder einen elektrischen Widerstand, der zum Vervollständigen einer HVIL-Schaltung an Bord des Fahrzeugs 10 geeignet ist, wenn der Abdeckungsabschnitt 28B korrekt installiert ist. Wenn es als ein elektrischer Widerstand ausgestaltet ist, weist das Kurzschlussmerkmal 39 gemäß einer Ausführungsform einen Widerstandswert von etwa 2,5 bis 3,5 kΩ auf, obwohl auch andere Widerstandswerte, die nicht in diesen Bereich fallen, im Umfang der Erfindung verwendet werden können, ohne den beabsichtigten Umfang zu verlassen.
Wieder kurz auf 1 Bezug nehmend können die HV-Einrichtungen, z. B. der M/G 17, das PIM 44, das APM 11, das ESS 19 und/oder jede beliebige andere HV-Einrichtung an Bord des Fahrzeugs 10 jeweils den vorstehend beschriebenen Signalverbinder 13 umfassen. Der Signalverbinder 13 ist mit dem Kabelbaum 50 elektrisch verbunden oder anderweitig direkt oder indirekt mit dem APM 11 verbunden und ist so ausgelegt, dass er detektiert, wenn die HVIL-SR-Kontakte 32C, die HVIL-Jumpereinrichtung 32B und der eingebaute HVIL-Kurzschlussstecker 32A jeweils miteinander elektrisch verbunden sind, um eine geschlossene HVIL-Schaltung so zu bilden, wie dieser Begriff von Fachleuten auf dem Gebiet der HVIL-Einrichtungen verstanden wird. Da ein Entfernen oder Trennen einer beliebigen der drei HVIL-Komponenten 32A–C die Niederspannungs-HVIL-Schaltung zwingend unterbrechen oder aufbrechen wird und dadurch ein elektrisches HVIL-Signal, das durch den Pfeil i_s dargestellt ist, unterbrechen wird, kann von dem ESS 19 HV-Energie an die HV-Einrichtung oder -Einrichtungen nur geliefert werden, wenn alle drei HVIL-Komponenten 32A–C elektrisch verbunden und korrekt positioniert sind.
Mit Bezug auf 3 ist die HV-Anschlussanordnung 24 von 2 gezeigt, wobei der Klarheit halber der Abdeckungsabschnitt 28A von 2 entfernt ist, wobei aber der HVIL-Kurzschlussstecker 32A verbunden gezeigt ist, als wie wenn der Abdeckungsabschnitt 28A vorhanden wäre. Der Wannenabschnitt 28A weist eine allgemein konkave Innenseite auf, die durch eine innere Umfangswand 30 definiert ist. Der Wannenabschnitt 28A kann aus einem beliebigen geeigneten schützenden, schirmenden und isolierenden Material, wie etwa Aluminium, aufgebaut sein und kann ferner von unten durch eine Abdichtung und Dichtung 29, die gestrichelt gezeigt ist, elektromagnetisch abgeschirmt oder gegen die Umgebung abgedichtet sein.
Der Wannenabschnitt 28A enthält oder trägt den Anschluss 34, der wie vorstehend beschrieben als ein Ringanschluss 34 (siehe 2) ausgestaltet sein kann, wobei mehrere einzelne Anschlüsse oder Ringe 34A jeweils einem anderen Kabel oder Draht innerhalb des HV-Kabels 23 entsprechen. Wie in 3 gezeigt ist, ist das HV-Kabel 23 ein dreiphasiges AC-Kabel mit drei verschiedenen Kabeln, obwohl im Umfang der Erfindung auch mehr oder weniger Kabel verwendet werden können. Der Wannenabschnitt 28A umfasst auch eine Halteplatte 31, welche das HV-Kabel 23 auf eine vorbestimmte Weise aufnimmt und sicher ausrichtet, um eine Verbindung des HV-Kabels 23 mit der HV-Aufnahme 37 (siehe 2) zu erleichtern. Die HV-Kabel 23 und der HV-Anschluss 34 werden an der Halteplatte 31 ebenso wie der HVIL-Jumper oder die Niederspannungsdrähte 25 permanent befestigt, sodass die Halteplatte 31 nicht ohne die HV-Kabel 23 und den HV-Anschluss 34 an Ort und Stelle befestigt werden kann. Ein optionaler Satz von Ausrichtungsstiften 35 kann umfasst sein, um das Positionieren des Wannenabschnitts 28A zu unterstützen.
Zum Beispiel kann die Halteplatte 31 mehrere erhöhte Finger, Erhöhungen oder Rippen 40 mit Quer- oder Seitenflächen 42 aufweisen, die gestaltet, dimensioniert, konturiert oder anderweitig ausgestaltet sind, um ein gegebenes HV-Kabel 23 und einen entsprechenden Ring 34A darin sicher aufzunehmen und festzuhalten. Der Wannenabschnitt 28A wird dann an der HV-Einrichtung, welche hier als der beispielhafte M/G 17 gezeigt ist, unter Verwendung von mehreren jeweiligen Schrauben und Muttern 26, 27 nach Bedarf sicher verschraubt oder befestigt. Die Halteplatte 31 kann auch unter Verwendung der gleichen Bolzen, Schrauben oder anderer Befestigungselemente an Ort und Stelle befestigt werden, die verwendet werden, um den Abdeckungsabschnitt 28B zu befestigen. Die Halteplatte 31 und die Ringe 34A können an dem Motor/Generator 17 über einen Satz von Schrauben 36 festgeschraubt oder befestigt sein, wodurch die elektrische HV-Verbindung an diesem speziellen HV-Zugriffspunkt abgeschlossen ist.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die HVIL-Jumpereinrichtung 32B des Wannenabschnitts 28A mit den HVIL-SR-Kontakten 32C des M/G 17 (siehe 2) elektrisch verbunden, welche wiederum mit dem Signalverbinder 13 verbunden sind, wie auch in 2 gezeigt ist. Die Schnittstelle zwischen dem Wannenabschnitt 28A und dem M/G 17 ist über die Dichtung 29 gegen Umwelteinflüsse und elektromagnetisch abgedichtet und abge schirmt. Daher kann elektrische HV-Leistung wieder an den M/G 17 geliefert werden, nachdem der Abdeckungsabschnitt 28B (siehe 2) korrekt installiert ist. Das heißt, dass die Niederspannungs-HVIL-Schaltung geschlossen ist, nachdem der HVIL-Kurzschlussstecker 32A mit der HVIL-Jumpereinrichtung 32B wie in 3 gezeigt elektrisch verbunden ist, eine Verbindung, die nur möglich ist, wenn der Abdeckungsabschnitt 28B vollständig und korrekt installiert ist. Der geschlossene Status der HVIL-Schaltung wird über den Signalverbinder 13 (siehe 1) an den Controller 16 übertragen, und somit wird eine HV-Leistungsübertragung mit dem ESS 19 von 1 wieder hergestellt.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung genau beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in der Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein Energiespeichersystem (ESS), das zum Speichern und Liefern von elektrischer Hochspannungsenergie (HV-Energie) ausgelegt ist; eine Hilfsspannungsversorgung, die zum Speichern und Liefern von elektrischer Niederspannungsenergie ausgelegt ist; eine HV-Einrichtung mit einer HV-Aufnahme und Hochspannungsverriegelungs-Source- und Rückführkontakten (HVIL-SR-Kontakten), die mit der Hilfsleistungsversorgung elektrisch verbunden sind; ein HV-Kabel, das zur elektrischen Verbindung des ESS mit der HV-Aufnahme ausgelegt ist; und eine HV-Anschlussanordnung, umfassend: einen Wannenabschnitt, der mit der HV-Einrichtung verbunden werden kann und ausgestaltet ist, um das HV-Kabel mit der HV-Aufnahme auszurichten; eine HVIL-Jumpereinrichtung, die mit dem Wannenabschnitt funktional verbunden ist und mit den HVIL-SR-Kontakten elektrisch verbunden werden kann; und einen abnehmbaren Abdeckungsabschnitt, der an dem Wannenabschnitt montiert werden kann und einen HVIL-Kurzschlussstecker aufweist; wobei die HV-Anschlussanordnung ausgestaltet ist, um zu ermöglichen, dass die elektrische HV-Energie von dem ESS an die HV-Einrichtung nur geliefert wird, wenn der Satz von HVIL-SR- Kontakten, die HVIL-Jumpereinrichtung und der eingebaute HVIL-Kurzschlussstecker jeweils miteinander elektrisch verbunden sind, um dadurch eine geschlossene HVIL-Schaltung zu bilden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die HV-Einrichtung eine zweiphasige oder eine dreiphasige elektrische Wechselstromeinrichtung (AC-Einrichtung) ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die HV-Einrichtung ein Wechselrichtermodul (PIM), ein Hilfsleistungsmodul (APM), ein Hochspannungsenergiespeichersystem (HV-ESS) oder ein Elektromotor/Generator ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner einen Niederspannungskabelbaum umfassend, wobei die HV-Einrichtung einen Signalverbinder umfasst, der mit dem Niederspannungskabelbaum elektrisch verbunden ist und ausgelegt ist, um zu detektieren, wann der Satz von HVIL-SR-Kontakten, die HVIL-Jumpereinrichtung und der eingebaute HVIL-Kurzschlussstecker jeweils miteinander verbunden sind, um dadurch die geschlossene HVIL-Schaltung zu bilden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der HVIL-Kurzschlussstecker des Abdeckungsabschnitts einen elektrischen Widerstand mit einem Widerstandswert von etwa 2,5 bis 3,5 kΩ umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der HVIL-Kurzschlussstecker ausgestaltet ist, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem HVIL-Kurzschlussstecker und den HVIL-SR-Kontakten zu verhindern.
Hochspannungsanschlussanordnung (HV-Anschlussanordnung) zum Verbinden eines Satzes von HV-Kabeln mit einer HV-Einrichtung an einem HV-Zugriffspunkt an Bord eines Fahrzeugs, wobei die HV-Einrichtung einen eingebauten Satz von Hochspannungsverriegelungs-Source- und Rückführ-Kontakten (HVIL-SR-Kontakten) aufweist, wobei die HV-Anschlussanordnung umfasst: einen konkaven Wannenabschnitt, der an der HV-Einrichtung abnehmbar montiert werden kann und ausgestaltet ist, um den Satz von HV-Kabeln in einer vorbestimmten Weise sicher auszurichten; eine HVIL-Jumpereinrichtung, die mit dem konkaven Abschnitt verbunden ist und mit dem Satz von HVIL-SR-Kontakten elektrisch in Eingriff gebracht werden kann; und einen abnehmbaren Abdeckungsabschnitt, der an dem konkaven Wannenabschnitt abnehmbar montiert werden kann, wobei der abnehmbare Abdeckungsabschnitt einen eingebauten HVIL-Kurzschlussstecker aufweist; wobei eine HV über den Satz von HV-Kabeln an den HV-Zugriffspunkt nur geliefert wird, wenn der Satz von HVIL-SR-Kontakten, die HVIL-Jumpereinrichtung und der eingebaute HVIL-Kurzschlussstecker jeweils miteinander verbunden sind.
HV-Anschlussanordnung nach Anspruch 7, wobei der konkave Wannenabschnitt eine Halteeinrichtung, z. B. einen Ringanschluss, enthält, der zum Befestigen eines anderen der HV-Kabel ausgelegt ist, und/oder wobei die HVIL-Jumpereinrichtung mit dem konkaven Wannenabschnitt einstückig ausgebildet ist, und/oder wobei der HVIL-Kurzschlussstecker einen Kurzschlussdraht oder einen Widerstand umfasst, und/oder wobei der HVIL-Kurzschlussstecker ausgestaltet ist, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem HVIL-Kurzschlussstecker und den HVIL-SR-Kontakten zu verhindern, und/oder wobei die HV-Einrichtung eine elektronische Steuerungseinheit oder ein Elektromotor/Generator ist, der zum Antreiben des Fahrzeugs ausgestaltet ist.
HV-Anschlussanordnung nach Anspruch 7, die ferner eine abdichtende Dichtung umfasst, die zwischen der HV-Einrichtung und dem konkaven Wannenabschnitt positioniert ist.
Fahrzeug, umfassend: ein Hochspannungsenergiespeichersystem (HV-ESS); einen Elektromotor/Generator, der zum Antreiben des Fahrzeugs dient, und der einen eingebauten Satz von Hochspannungsverriegelungs-Source- und Rückführkontakten (HVIL-SR-Kontakten) aufweist; einen Satz von dreiphasigen HV-Kabeln zum elektrischen Verbinden des Elektromotors/Generators mit dem ESS an einem HV-Zugriffspunkt; und eine HV-Anschlussanordnung, die umfasst: einen konkaven Wannenabschnitt, der an dem Elektromotor/Generator abnehmbar montiert werden kann, wobei der konkave Wannenabschnitt ausgelegt ist, um jedes Kabel des Satzes von dreiphasigen HV-Kabeln auf eine vorbestimmte Weise sicher auszurichten; eine HVIL-Jumpereinrichtung, die mit dem konkaven Wannenabschnitt einstückig gebildet ist, wobei die HVIL-Jumpereinrichtung mit den HVIL-SR-Kontakten direkt in elektrischen Eingriff gebracht werden kann; und einen abnehmbaren Abdeckungsabschnitt, der an dem konkaven Wannenabschnitt montiert werden kann und einen eingebauten HVIL-Kurzschlussstecker aufweist, der mit einer Innenfläche des abnehmbaren Abdeckungsabschnitts verbunden ist, wobei der einstückige HVIL-Kurzschlussstecker nur mit dem HVIL-Jumper direkt elektrisch in Eingriff gebracht werden kann; wobei eine HV von dem ESS an den HV-Zugriffspunkt nur geliefert wird, wenn der HVIL-Kurzschlussstecker mit der HVIL-Jumpereinrichtung elektrisch verbunden ist, während die HVIL-Jumpereinrichtung mit dem Satz von HVIL-SR-Kontakten elektrisch verbunden ist.