DE102009053241A1

DE102009053241A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009053241A1
Application number: DE102009053241A
Authority: DE
Inventors: Robert Boos; Tobias Dr. Moosmayr; Peter Hill
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher, mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, mit zumindest einer Unterbrechungseinrichtung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher, mit zumindest einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher, wobei entlang der Verbindungsleitung ein elektrischer Sicherungsleiter verlegt ist, der derart mit dem Energiespeicher gekoppelt ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Verbindungsleitung bei einer unfallbedingten Unterbrechung der Verbindungsleitung mit dem Sicherungsleiter derart kontaktiert, dass die Unterbrechungseinrichtung ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug.
Ein Kraftfahrzeug umfasst in der Regel eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern, die über Hin- und Rückleiter mit einer Batterie verbunden sind. Um den Verkabelungsaufwand gering zu halten, sind die Rückleiter einzeln oder in Gruppen mit der Karosserie des Fahrzeugs elektrisch leitend verbunden, so dass diese letztendlich als Rückleiter fungiert. Die Stromkreise sind über Schmelzsicherungen oder Treiber einzeln gegen Überstrom geschützt. Bekommt ein Kabel eines Stromkreises beispielsweise durch Quetschung oder Durchscheuern Massekontakt, fließt ungewünscht ein Strom über die Karosserie ab. Ebenso können erhöhte Ströme beim Defekt eines Bauteils auftreten. Hat dieser Strom eine bestimmte Größe, brennt ein Schmelzeinsatz der entsprechenden Schmelzsicherung durch.
Zukünftige Fahrzeugkonzepte basieren auch auf Fahrgastzellen aus im Wesentlichen nicht oder schlecht leitendem Material. Die Fahrgastzelle ist in diesen Fällen für die Rückleitung von Strom nicht geeignet. Ein Nachteil dieser Fahrzeugkonzepte liegt darin, dass bei einer unfallbedingten Unterbrechung des Hinleiters oder bei einer Beschädigung der Isolierung des Hinleiters mit der Folge einer Kontaktierung des Hinleiters mit der schlecht oder nahezu nicht leitenden Fahrgastzelle ggf. ein geringer Strom unkontrolliert über die Fahrgastzelle zu einem Massepotential fließt. Dieser Strom ist einerseits aufgrund der resistiven Wirkung der Fahrgastzelle zu gering, um die für diesen Fall vorgesehene Schmelzsicherung auszulösen, aber andererseits ggf. groß genug, um die nahezu nicht leitende Fahrgastzelle zu erhitzen. Dies kann zu einer Beschädigung der Fahrgastzelle führen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben, das sicher betreibbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen elektrischen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Kraftfahrzeugbatterie oder einen Kondensator, ggf. in Verbindung mit einem Generator. Der Energiespeicher kann auch mehrere Teilenergiespeicher und/oder einen Spannungswandler umfassen, so dass durch den Energiespeicher eine Vielzahl von Anschlusspotentialen bereitgestellt werden kann.
Zudem ist zumindest ein elektrischer Verbraucher vorgesehen, wobei zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher eine Verbindungsleitung vorgesehen ist. Die Verbindungsleitung kann Teil eines Kraftfahrzeugkabelbaumes sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, dass ein Kraftfahrzeugkabelbaum anstelle der Verbindungsleitung verlegt ist. Die Verbindungsleitung umfasst insbesondere einen Hinleiter, der durch eine Isolierhülle ummantelt ist.
Durch zumindest eine Unterbrechungseinrichtung, wie beispielsweise eine Sicherung, einen elektronischen Treiber oder eine Schmelzsicherung, kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher unterbrochen werden. Die elektrische Verbindung ist dabei zumindest teilweise mittels der Verbindungsleitung realisiert. Die Unterbrechungseinrichtung kann Teil eines Stromverteilers oder eines anderen Steuergerätes sein.
Entlang der Verbindungsleitung, insbesondere um die Verbindungsleitung herum, ist ein elektrischer Sicherungsleiter verlegt, der derart mit dem Energiespeicher gekoppelt ist und der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Verbindungsleitung insbesondere bei einer unkontrollierten Beschädigung der Verbindungsleitung mit dem Sicherungsleiter derart kontaktiert, dass in der Regel – aufgrund des hohen Rückstromes über den Kontakt und den Sicherungsleiter – die Unterbrechungseinrichtung ausgelöst wird, und damit die Verbindung zwischen Energiespeicher und Verbindungsleitung kontrolliert unterbrochen wird.
Eine unkontrollierte Beschädigung der Verbindungsleitung ist dabei beispielsweise eine unfallbedingte, altersbedingte oder nutzungsbedingte Beschädigung der Isolierung der Verbindungsleitung. Das Auslösen der Unterbrechungseinrichtung muss dabei nicht die Folge jeder unkontrollierten Beschädigung der Verbindungsleitung sein, sondern kann von der Art und dem Grad der Beschädigung der Verbindungsleitung, insbesondere der Isolierung der Verbindungsleitung, abhängen. Die genannte Kontaktierung kann dabei bei eine Ausführungsform auch bei einer kontrollierten Beschädigung entstehen.
Dadurch wird, insbesondere bei Unfällen mit der Folge einer Beschädigung der Verbindungsleitung, in der Regel ein gefährlicher unkontrollierter Stromabfluss von der Verbindungsleitung auf das Kraftfahrzeug verhindert. Statt dessen wird der Strom im Sinne eines kontrollierten Kurzschlusses über den Sicherungsleiter zurück zum Energiespeicher geführt, wobei die resultierende Stromstärke so groß ist, dass die Unterbrechungseinrichtung ausgelöst wird, und damit die Verbindung zwischen Energiespeicher und Verbindungsleitung kontrolliert unterbrochen wird.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Rahmen des Einsatzes einer elektrisch im Wesentlichen nicht oder schlecht leitenden Fahrgastzelle, beispielsweise aus Verbundwerkstoff, Kohlefaserwerkstoff oder biologischem Werkstoff, wobei die Verbindungsleitung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher zumindest teilweise innerhalb oder entlang der Fahrgastzelle verläuft, da in diesem Fall die Fahrgastzelle für eine ausreichende Rückleitung nicht geeignet ist.
Es ist eine Weiterbildung der Erfindung, dass durch den elektrischen Energiespeicher zumindest zwei Anschlusspotentiale bereitgestellt werden, wobei die Verbindungsleitung mit dem ersten Anschlusspotential, insbesondere dem Plus-Pol, des Energiespeichers und der Sicherungsleiter mit dem zweiten Anschlusspotential, insbesondere dem Minus-Pol oder dem Massepotential, des Energiespeichers, insbesondere galvanisch, gekoppelt oder verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Sicherungsleiter zumindest teilweise als ein Leiternetz, als ein Leitergewebe, als ein Leitergeflecht, als eine Leiterfolie, als ein Leiterschacht oder als ein Leiterrohr ausgebildet, das die Verbindungsleitung umhüllt und/oder entlang der Verbindungsleitung verläuft. Dadurch wird im Bedarfsfall eine sichere Kontaktierung des Leiters der Verbindungsleitung mit dem Sicherungsleiter gewährleistet.
Der Sicherungsleiter ist vorzugsweise mechanisch und/oder elektrisch mit dem elektrischen Verbraucher oder mit einer Steckverbindung zwischen Verbindungsleitung und elektrischem Verbraucher verbunden, um eine Deplatzierung, insbesondere eine Bewegung des Sicherungsleiters relativ zu der Verbindungsleitung, zu verhindern.
Ergänzend oder alternativ dazu ist der Sicherungsleiter vorzugsweise mechanisch mit dem elektrischen Energiespeicher, mit einem Stromverteiler, mit einer Unterbrechungseinrichtung oder mit einer Steckverbindung zwischen Verbindungsleitung und elektrischem Energiespeicher verbunden. Auch dies verhindert eine Deplatzierung des Sicherungsleiters ist.
Vorzugsweise ist zwischen dem elektrischen Verbraucher, insbesondere dem Minus-Pol des elektrischen Verbrauchers, und dem Energiespeicher, insbesondere dem Minus-Pol oder dem Massepotential des Energiespeichers, ein Masserückleiter verlegt, um einen kontrollierten Gesamt-Stromkreis zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist insbesondere dabei vorgesehen, dass der Masserückleiter durch den Sicherungsleiter gebildet oder mit diesem elektrisch verbunden ist. Dadurch kann der Sicherungsleiter zwei Funktionen erfüllen, nämlich die eines Sicherungsleiters und eines Masserückleiters. Dies ist wirtschaftlich, brauraumeffizient und gewichtssparend.
Es ist eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung, dass der Sicherungsleiter derart ausgeführt ist, dass er den Kurzschlussstrom thermisch unbeschadet oder im Wesentlichen unbeschadet bis zum Auslösen der entsprechenden Unterbrechungseinrichtung leitet, oder dass der Sicherungsleiter mindestens die Stromtragfähigkeit der Unterbrechungseinrichtung aufweist, oder dass die Stromtragfähigkeit des Sicherungsleiters größer als 5 Ampere ist. Dadurch ist gewährleistet, dass in der Praxis eingesetzte Unterbrechungseinrichtungen im Bedarfsfall zuverlässig ausgelöst werden, ohne dass Überlastschäden am Sicherungsleiter hervorgerufen werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht zudem ein elektrisch leitendes Fahrgestell, beispielsweise einen Leiterrahmen oder Tragrahmen, und zumindest einen zweiten elektrischen Verbraucher vor. Durch einen zweiten elektrischen Energiespeicher, der mit dem ersten Energiespeischer identisch sein kann oder ein Teil des ersten Energiespeichers sein kann, wird ein drittes Anschlusspotential, insbesondere ein Hochvoltpotential, bereitgestellt. Mittels einer zweiten elektrischen Verbindungsleitung ist der zweite Energiespeicher mit dem zweiten Verbraucher verbunden, wobei die zweite Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem zweiten Verbraucher zumindest teilweise entlang des Fahrgestells und/oder zumindest teilweise nicht innerhalb oder entlang der Fahrgastzelle verläuft. Entlang der zweiten Verbindungsleitung oder um die zweite Verbindungsleitung ist vorzugsweise kein Sicherungsleiter verlegt.
Das dritte Anschlusspotential, insbesondere Hochvoltpotential (beispielsweise 24 V oder 42 V), ist dabei vorzugsweise größer ist als das erste Anschlusspotential (beispielsweise 12 V). Bei einem Hochspannungs-Stromkreis ist eine zuverlässige Rückleitung, insbesondere im Gefahrenfall, besonders wichtig. Eine solche zuverlässige Rückleitung wird hier durch das leitende Fahrgestell realisiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert:
Es wird von einem Kraftfahrzeug mit einem Fahrgestell aus Metall und mit einer durch das Fahrgestellt getragenen Fahrgastzelle aus einem im Wesentlichen elektrisch nicht leitenden, kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff.
Das Kraftfahrzeug umfasst ein Zweispannungsbordnetz, wie es beispielsweise in der DE 10313752 A1 beschrieben ist.
Das Hochspannungsbordnetz umfasst dabei zumindest einen Hochspannungsstromkreis (beispielsweise mit einer Betriebsspannung von ca. 42 Volt). Zugehörige Verbindungsleitungen zwischen dem Hochspannungs-Anschlussterminal einer Kraftfahrzeug-Batterie und einem Hochspannungsverbraucher sind im Wesentlichen oder zu einem überwiegenden Teil entlang des elektrisch leitenden Fahrgestells verlegt oder werden im Wesentlichen oder zu einem überwiegenden Teil durch das Fahrgestell getragen.
Eine Rückleitung von dem Hochspannungsverbraucher zum Masseanschluss einer Kraftfahrzeug-Batterie kann dann über das Fahrgestell erfolgen. Auch wenn, beispielsweise unfallbedingt, die Isolierung einer Verbindungsleitung beschädigt wird, und demzufolge ein Kontakt zwischen Hinleiter und Fahrgestell hergestellt wird, erfolgt die Rückleitung von dieser Kontaktstelle über das Fahrgestell zu dem Hochspannungsenergiespeicher im Sinne eines Kurzschlusses. Dies führt zu einer kontrollierten Unterbrechung der Stromzufuhr zu der Verbindungsleitung aufgrund des Auslösens einer Unterbrechungseinrichtung, insbesondere einer Sicherung, wie beispielsweise einer Schmelzsicherung.
Das Niederspannungsbordnetz umfasst dabei zumindest einen Niederspannungsstromkreis (beispielsweise mit einer Betriebsspannung von ca. 12 Volt). Zugehörige Verbindungsleitungen zwischen dem Niederspannungs-Anschlussterminal (12 Volt, Plus-Pol) einer Kraftfahrzeug-Batterie und einem Niederspannungsverbraucher sind im Wesentlichen oder zu einem überwiegenden Teil entlang der elektrisch im Wesentlichen nicht leitenden Fahrgastzelle verlegt oder werden im Wesentlichen oder zu einem überwiegenden Teil durch die Fahrgastzelle getragen. Eine Rückleitung von dem Niederspannungsverbraucher zum Masseanschluss der Batterie erfolgt durch einen eigens hierfür vorgesehenen Rückleiter.
Eine Verbindungsleitung oder eine im Sinne eines Kabelbaumes gebündelte Vielzahl von Verbindungsleitungen umfasst neben dem Hinleiter und dem Rückleiter einen Sicherungsleiter. Der Sicherungsleiter ist als ein Leitergeflecht gebildet, das die Verbindungsleitung umhüllt und entlang der Verbindungsleitung verläuft.
Zwischen dem Hinleiter oder den Hinleitern des Kabelbaumes und dem Sicherungssleiter ist eine Isolierhülle gebildet. Der Sicherungsleiter ist derart ausgeführt und mit der Verbindungsleitung oder dem Kabelbaum gekoppelt, dass eine unfallbedingte oder nutzungsbedingte nennenswerte Beschädigung der Isolierhülle regelmäßig zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem oder den Hinleitern und dem Sicherungsleiter führt.
Der Sicherheitsleiter ist dabei direkt oder indirekt mit dem Massepotential der Kraftfahrzeug-Batterie verbunden, so dass es zu einem Kurzschluss-Stromfluss über den oder die Hinleiter, die genannte Kontaktstelle und den Sicherungsleiter kommt, der dann zum Auslösen einer Unterbrechungseinrichtung, insbesondere einer Sicherung, wie beispielsweise einer Schmelzsicherung, führt, welche zwischen die Kraftfahrzeug-Batterie und den oder die Hinleiter geschaltet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10313752 A1 [0023]

Claims

Kraftfahrzeug – mit zumindest einem elektrischen Energiespeicher, – mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, – mit zumindest einer elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher und – mit zumindest einer Unterbrechungseinrichtung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher zum kontrollierten Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher, – wobei entlang der Verbindungsleitung ein elektrischer Sicherungsleiter verlegt ist, der derart mit dem Energiespeicher gekoppelt ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Verbindungsleitung bei einer unkontrollierten Beschädigung der Verbindungsleitung mit dem Sicherungsleiter derart kontaktiert, dass die Unterbrechungseinrichtung ausgelöst wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, – mit einer elektrisch im Wesentlichen nicht oder schlecht leitenden Fahrgastzelle, – wobei die Verbindungsleitung zwischen dem Energiespeicher und dem Verbraucher zumindest teilweise innerhalb oder entlang der Fahrgastzelle verläuft.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem durch den elektrischen Energiespeicher zumindest zwei Anschlusspotentiale bereitgestellt werden, und – bei dem die Verbindungsleitung mit dem ersten Anschlusspotential und der Sicherungsleiter mit dem zweiten Anschlusspotential gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sicherungsleiter zumindest teilweise als ein Leiternetz, als ein Leitergewebe, als ein Leitergeflecht, als eine Leiterfolie, als ein Leiterschacht oder als ein Leiterrohr ausgebildet ist, welche die Verbindungsleitung umhüllen oder entlang der Verbindungsleitung verlaufen.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sicherungsleiter mechanisch und/oder elektrisch mit dem elektrischen Verbraucher oder mit einer Steckverbindung zwischen Verbindungsleitung und elektrischem Verbraucher verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sicherungsleiter mechanisch mit dem elektrischen Energiespeicher, mit einem Stromverteiler, mit einer Unterbrechungseinrichtung oder mit einer Steckverbindung zwischen Verbindungsleitung und elektrischem Energiespeicher verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem elektrischen Verbraucher und dem Energiespeicher ein Masserückleiter verlegt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Masserückleiter durch den Sicherungsleiter gebildet oder mit diesem elektrisch verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sicherungsleiter mindestens die Stromtragfähigkeit der Unterbrechungseinrichtung aufweist oder eine Stromtragfähigkeit von mindestens 5 Ampere aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit zumindest einem zweiten Verbraucher, – mit einem elektrisch leitenden Fahrgestell, – mit einem zweiten Energiespeicher zum Bereitstellen eines dritten Anschlusspotentials und – mit zumindest einer zweiten elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem zweiten Verbraucher, – wobei die zweite Verbindungsleitung zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem zweiten Verbraucher entlang des Fahrgestells und/oder nicht innerhalb oder entlang der Fahrgastzelle verläuft.