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Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Komponente für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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In Hybridfahrzeugen und in Kraftfahrzeugen mit einem Brennstoffzellenantrieb sind üblicherweise ein Hochvoltkreis als auch ein Niederspannungskreis vorhanden, mit denen die jeweiligen Hochvolt-Komponenten mit elektrischer Energie versorgt werden. Solche Hochvolt-Komponenten können beispielsweise Antriebe oder Hilfsantriebe des Kraftfahrzeugs oder sonstige Hochvolt-Komponenten sein. Insbesondere im Fall von elektrischen Hilfsantrieben, wie beispielsweise Luft- oder Wasserstoffverdichtern in Brennstoffzellenantrieben, werden die entsprechenden Hochvolt-Komponenten sowohl mit einer elektrischen Spannung aus dem Hochvoltkreis als auch mit einer Niederspannung betrieben.
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Besonders schnelldrehende Verdichterantriebe und andere Hochvolt-Komponenten, die mit einer Hochvolt-Spannung betrieben werden, strahlen über die jeweiligen Anschlusskabel elektromagnetische Störungen in den Niederspannungskreis und somit in den gesamten Kabelbaum des Kraftfahrzeugs aus. Aus diesem Grund muss mit aufwendigen Maßnahmen, beispielsweise durch entsprechende Filter, sicher gestellt werden, dass keine funktionalen Störungen auftreten und die vorgeschriebenen Grenzwerte bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eingehalten werden. Unter Hochvolt-Spannung ist in diesem Zusammenhang eine elektrische Gleichspannung über 60 VDC zu verstehen.
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Die
US 2010/0242481 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeug, bei der die elektrische Spannung einer Batterie durch einen DC/DC-Wandler in eine Hochvolt-Spannung transformiert wird, mit der ein Wandler versorgt wird, der die elektrische Energie für die Elektromotoren des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt.
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Die
JP 2006296049 A beschreibt ein Steuergerät zur Überwachung der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird die elektrische Spannung aus einer Hochvolt-Batterie durch einen DC/DC-Wandler in eine Niederspannung gewandelt. Auf diese Weise können die entsprechenden Komponenten des Kraftfahrzeugs mit einer Hochvolt-Spannung und einer Niederspannung betrieben werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochvolt-Komponente besonders einfach und kostengünstig mit Energie zu versorgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hochvolt-Komponente gemäß Patentanspruch 1. Demnach wird bereitgestellt eine Hochvolt-Komponente für ein Kraftfahrzeug mit einem Versorgungsanschluss, mit dem die Hochvolt-Komponente mit einer elektrischen Spannung aus einem Bordnetz versorgbar ist und/oder über den durch die Hochvolt-Komponente eine elektrische Spannung in das Bordnetz einspeisbar ist, wobei der Versorgungsanschluss ein Hochvoltanschluss ist, der mit einem Hochvoltkreis des Bordnetzes elektrisch verbunden ist, und die Hochvolt-Komponente einen elektrischen Wandler aufweist, mit dem die elektrische Spannung des Hochvoltkreises in intern benötigte Niederspannung, ggf. auch in mehrere abweichende Spannungen wandelbar ist (je nach Bedarf z. B. Niederspannungen 5/12/24 VDC, +/–15 VDC, etc.).
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Für die Hochvolt-Komponente, die sowohl mit einer Hochvolt-Spannung als auch mit Niederspannung betrieben wird, wird nunmehr nur noch einen Versorgungsanschluss benötigt. Über diesen Versorgungsanschluss wird die Hochvolt-Komponente mit einer elektrischen Spannung aus dem Hochvoltkreis versorgt. Die Niederspannung bzw. Niederspannungen zum Betreiben der Hochvolt-Komponente wird bzw. werden nun durch elektrische Wandler in der Hochvolt-Komponente selbst erzeugt. Solche elektrische Wandler können entsprechende Spannungswandler, beispielsweise DC/DC-Wandler sein. Der ansonsten üblicherweise verwendete Versorgungsanschluss und die entsprechenden Anschlussleitungen für die Niederspannung werden nun nicht mehr benötigt. Somit können keine elektromagnetischen Störungen in den Niederspannungskreis und in den kompletten Kabelbaum eingekoppelt werden. Zudem werden keine zusätzlichen Filter benötigt, um den Niederspannungskreis entsprechend abzuschirmen. Die Hochvolt-Komponenten können daher kostengünstiger und einfacher aufgebaut werden. Zudem können die elektrischen Anschlussleitungen für die Niederspannung eingespart werden und somit kann das Gewicht und der benötigte Bauraum des kompletten Kabelbaums reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hochvolt-Komponente einen Steuersignalanschluss auf, mit dem Steuersignale vom Fahrzeug-Steuergerät und/oder ggf. anderen Systemkomponenten empfangbar sind und/oder über den Steuersignale von der Hochvolt-Komponente an Fahrzeug-Steuergeräte und ggf. weitere System-Komponenten übertragbar sind. Solche Steuersignale können beispielsweise über einen CAN-Bus des Kraftfahrzeugs übermittelt werden. Ebenso können entsprechende pulsweitenmodulierte (PWM), analoge Ein- und Ausgangssignale, zur Steuerung der Hochvolt-Komponente verwendet werden. Die einzelnen Signalleitungen können jeweils entweder als elektrisch leitendes Kabel oder auch als Lichtwellenleiter ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Hochvolt-Komponente einen Kontrollstromkreises auf, durch den eine elektrische Abschaltung des Hochvoltkreises bewirkbar ist. Mit Hilfe dieses Kontrollstromkreis, der auch als Interlock bezeichnet wird, kann eine ausreichende Sicherheit garantiert werden. Im Betrieb muss der Interlock-Kontrollstromkreis geschlossen sein. Sobald er unterbrochen wird (kein elektrischer bzw. optischer Durchgang mehr), sorgen spezielle Vorrichtungen dafür, dass die anliegende Hochvolt-Spannung möglichst schnell reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch einen Schütz, der den Hochvoltkreis unterbricht, erfolgen. Der Kontrollstromkreis kann sowohl als elektrisch leitendes Kabel, sowie auch als Lichtwellenleiter ausgeführt werden.
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Bevorzugt ist der Hochvoltanschluss der Hochvolt-Komponente mit einem Hochvoltstecker elektrisch mit dem Hochvoltkreis verbindbar. Ebenso ist von Vorteil, wenn der Steuersignalanschluss der Hochvolt-Komponente mit einem Steuersignalstecker mit dem Kabelbaum/Kraftfahrzeugsteuergerät verbindbar ist. Mit den jeweiligen Steckverbindungen kann die Hochvolt-Komponente beim Einbau besonders einfach mit dem Bordnetz bzw. dem Hochvoltkreis des Bordnetzes verbunden werden, wobei alternativ hochvoltseitig unter bestimmten Umständen zur elektrischen Anbindung auch Klemmen, ein Kabelschwanz, mehrere Kabelschwänze oder ggf. auch Kupferschienen verwendet werden können, falls dies technisch sinnvoll ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Hochvoltstecker zumindest einen Steckkontakt auf, der mit dem Kontrollstromkreis verbunden ist. Ebenso weist der Steuersignalstecker bevorzugt zumindest einen Steckkontakt auf, der mit dem Kontrollstromkreis verbunden ist. Durch entsprechende Steckkontakte kann erreicht werden, dass beim Entfernen bzw. Lösen des Hochvoltsteckers und/oder des Steuersignalsteckers der Kontrollstromkreis getrennt wird und somit der Hochvoltkreis abgeschaltet wird. Auf diese Weise kann eine ausreichende Sicherheit garantiert werden und Stromunfälle können vermieden werden.
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Bevorzugt sind der Hochvoltanschluss, der Steuersignalanschluss, der elektrische Wandler und zumindest ein Teil des Kontrollstromkreises in und/oder an einem Gehäuse angeordnet. Die Hochvolt-Komponente kann somit besonders Bauraum sparend ausgelegt werden.
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Die Hochvolt-Komponente ist bevorzugt ein Hilfsantrieb, ein Antrieb oder eine sonstige Hochvoltkomponete eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann die Hochvolt-Komponente ein Luft- oder Wasserstoffverdichter in einem Brennstoffzellenantrieb sein. Ebenso kann die Hochvolt-Komponente Teil eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs sein (z. B. auch eine Hochvoltbatterie). Ebenso kann es sich um einen Hochvolt-Klimagerät oder einen DC-AC-Wandler zur Strombereitstellung am Fahrzeug, z. B. für einen Standard-Steckdosen-Anschluss (230/400 VAC) oder andere Peripherie-Komponenten (Hydraulik, etc.) handeln. Die Hochvolt-Komponente kann sowohl in Personenkraftwagen als auch in Nutzfahrzeugen verwendet werden.
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Schließlich wird erfindungsgemäß bereit gestellt ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 mit einer zuvor beschriebenen Hochvolt-Komponente. Die im Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvolt-Komponente beschriebenen Weiterbildungen lassen sich entsprechend auf das Kraftfahrzeug übertragen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Hochvolt-Komponente mit einem Hochvoltanschluss und einem Steuersignalanschluss, wobei die Steckkontakte eines Hochvoltsteckers mit einem Teil eines Kontrollstromkreises verbunden sind,
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2 eine schematische Darstellung der Hochvolt-Komponente mit einem Hochvoltanschluss und einem Steuersignalanschluss, wobei die Steckkontakte des Hochvoltsteckers und eines Steuersignalsteckers mit einem Teil des Kontrollstromkreises verbunden sind,
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3 eine schematische Darstellung der Hochvolt-Komponente mit einem Hochvoltanschluss und einem Steuersignalanschluss, wobei die Steckkontakte des Hochvoltsteckers mit einem Teil des Kontrollstromkreises verbunden sind, der mit einem separaten Kontrollstromstecker verbunden ist, und
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4 eine schematische Darstellung der Hochvolt-Komponente mit einem Hochvoltanschluss und einem Steuersignalanschluss, wobei die Steckkontakte des Hochvoltsteckers und eines Steuersignalsteckers mit einem Teil des Kontrollstromkreises verbunden sind.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Hochvolt-Komponente 10. Die Hochvolt-Komponente 10 kann ein Antrieb oder ein Hilfsantrieb oder eine andere Hochvolt-Komponente (Batterie, Klimakompressor, etc.) für ein Kraftfahrzeug sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Luft- oder Wasserstoffverdichter in einem Brennstoffzellenantrieb handeln. Ebenso kann eine solche Hochvolt-Komponente 10 in einem Antriebstrang eines Hybridfahrzeugs verwendet werden. Die Hochvolt-Komponente 10 kann sowohl für Personenkraftwagen als auch für Nutzfahrzeuge genutzt werden.
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Solche Hochvolt-Komponenten 10 werden üblicherweise zugleich mit einer Hochvolt-Spannung und mit einer Niederspannung versorgt bzw. betrieben. Unter Hochvolt-Spannung ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektrische Gleichspannung oberhalb 60 VDC zu verstehen. Die Hochvolt-Komponente 10 weist zu diesem Zweck einen Versorgungsanschluss auf, der als Hochvoltanschluss 12 ausgebildet ist. Die Hochvolt-Komponente 10 wird über den Hochvoltanschluss 12 mit elektrischer Energie bzw. mit einer elektrischen Spannung versorgt. Ebenso kann über den Hochvoltanschluss 12 durch die Hochvolt-Komponente 10 eine elektrische Spannung in das Bordnetz eingespeist werden. Die Hochvolt-Komponente 10 weist in diesem Fall keinen zusätzlichen Versorgungsanschluss für eine Niederspannung auf. Die entsprechende Niederspannung zum Betrieb der Hochvolt-Komponente 10 wird in der Hochvolt-Komponente 10 selbst durch einen nicht dargestellten elektrischen Wandler erzeugt, der die Hochvolt-Spannung in eine Niederspannung transformiert. Als elektrischer Wandler kann ein entsprechender Spannungswandler, beispielsweise ein DC/DC-Wandler oder dergleichen, verwendet werden.
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Der Hochvoltanschluss 12 ist mit einem Hochvoltkreis des Bordnetzes elektrisch verbindbar. Die elektrische Verbindung zu dem Hochvoltkreis ist in den Figuren durch die Hochvoltleitung 14 dargestellt. Die Hochvoltleitung 14 weist einen Hochvoltstecker 16 auf, mit dem der Hochvoltanschluss 12 der Hochvolt-Komponente 10 elektrisch verbindbar ist. Zu diesem Zweck weist der Hochvoltanschluss 12 der Hochvolt-Komponente 10 einen ersten Anschluss 18 auf, der beispielsweise als Pluspol für die Hochvolt-Spannung ausbildet ist. Zudem weist der Hochvoltanschluss einen zweiten Anschluss 20 auf, der beispielsweise als Minuspol für die Hochvolt-Spannung ausgebildet ist.
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Des Weiteren umfasst die Hochvolt-Komponente 10 einen Steuersignalanschluss 22, mit dem die Hochvolt-Komponente 10 entsprechende Steuersignale vom Kraftfahrzeugsteuergerät und ggf. weitere Systemkomponenten empfangen kann und/oder über den die Hochvolt-Komponente 10 Steuersignale an das Kraftfahrzeugsteuergerät und ggf. weitere Systemkomponenten übertragen kann. Zu diesem Zweck ist die Hochvolt-Komponente 10 mit einer Steuersignalleitung 24 über einen Steuersignalstecker 26 verbunden. Die Steuersignalleitung 24 ist bevorzugt ein CAN-Bus des Kraftfahrzeugs mit zwei elektrischen Kontakten oder ggf. lediglich einem Lichtwellenleiter. Ebenso können über die Steuersignalleitung 24 analoge Ein- und Ausgangssignale oder entsprechende Steuersignale, welche die Pulsweitenmodulation (PWM) der Hochvolt-Komponenten betreffen, übertragen werden. Der Steuersignalanschluss 22 der Hochvolt-Komponente 10 umfasst üblicherweise einen ersten (High-)Anschluss 28 und einen zweiten (Low-)Anschluss 30. Der jeweils in den Figuren dargestellte Steuersignalanschluss weist symbolisch zwei weitere Steuersignalanschlüsse 32 und 34 auf, die üblicherweise z. B, für einen CANBUS Anschluss nicht benötigt werden. Unter Umständen werden jedoch für analoge Steuersignale wesentlich mehr Anschlussleitungen benötigt. Die Anzahl der vorgesehenen Steuersignal-Anschlüsse 28, 30, 32 und 34 kann je nach Bedarf einerseits reduziert oder anderseits beliebig erhöht werden.
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Des Weiteren ist zumindest ein Teil eines Kontrollstromkreises 36 in der Hochvolt-Komponente 10 angeordnet. Der andere Teil des Kontrollstromkreises 36 kann in dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Bei der Unterbrechung des Kontrollstromkreises 36, der auch als Interlock bzw. Interlock-Kreis bezeichnet wird, erfolgt aus Sicherheitsgründen eine sofortige Abschaltung des Hochvoltkreises. Zur Abschaltung des Hochvoltkreises können beispielsweise Schütze verwendet werden, die den Hochvoltkreis trennen. Durch den Kontrollstromkreis 36 kann die benötigte Sicherheit gegenüber Stromunfällen garantiert werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Hochvolt-Komponente 10 weist der Hochvoltstecker 16 entsprechende Steckkontakte 42 auf, die mit dem Kontrollstromkreis 36 verbunden sind. Ein Teil des Kontrollstromkreises 36, der in der Hochvolt-Komponente 10 angeordnet ist, verbindet die beiden Steckkontakte 42 miteinander. Wird nun der Hochvoltstecker 16 gezogen, so sollen zuerst die Steckkontakte 42 von dem Kontrollstromkreis 36 getrennt werden. Zu diesem Zweck können die Steckkontakte 42 eine geringere Länge aufweisen als die entsprechenden Steckkontakte des Hochvoltsteckers 16. Der Fahrzeugseitige Anschluss der Kontrollkreisleitung 38 des Kontrollstromkreises kann je nach Ausführung des Hochvoltsteckers 16 vorzugsweise gemeinsam mit der Hochvoltleitung in einer Leitung erfolgen.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Hochvolt-Komponente 10 weist ebenso der Hochvoltstecker 16 entsprechende Steckkontakte 42 auf, die mit einem Teil des Kontrollstromkreises 36 verbunden sind. Zudem weist der Steuersignalstecker 26 entsprechende Steckkontakte 44 auf, die ebenso mit dem Kontrollstromkreis 36 verbunden sind. Somit kann erreicht werden, dass sowohl beim Lösen bzw. Entfernen des Hochvoltsteckers 16 als auch beim Lösen bzw. Entfernen des Steuersignalsteckers 26 der Kontrollstromkreis 36 unterbrochen wird und der Hochvoltkreis abgeschaltet wird. Der Fahrzeugseitige Anschluss der Kontrollkreisleitung 38 des Kontrollstromkreises kann gemeinsam mit der Steuersignalleitung in einer Leitung (24, 38) erfolgen.
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Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Hochvolt-Komponente 10 weist der Hochvoltstecker 16 ebenso entsprechende Steckkontakte 42 auf, die mit einem Teil des Kontrollstromkreises 36 verbunden sind. Zudem weist Hochvolt-Komponente 10 zusätzliche Anschlüsse auf, die mit den Steckkontakten 46 eines Kontrollstromkreissteckers 40 verbunden werden können, der mit einer Kontrollstromkreisleitung 38 verbunden ist. Durch die Verwendung eines separaten Kontrollstromsteckers 40 kann das Einkoppeln von elektromagnetischen Störungen in die Steuersignalleitung 24 verhindert werden.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Hochvolt-Komponente 10 weist ebenso der Hochvoltstecker 16 entsprechende Steckkontakte 42 auf, die mit einem Teil des Kontrollstromkreises 36 verbunden sind. Zudem weist der Steuersignalstecker 26 entsprechende Steckkontakte 44 auf, die ebenso mit dem Kontrollstromkreis 36 verbunden sind. Somit kann erreicht werden, dass sowohl beim Lösen bzw. Entfernen des Hochvoltsteckers 16 als auch beim Lösen bzw. Entfernen des Steuersignalsteckers 26 der Kontrollstromkreis 36 unterbrochen wird und der Hochvoltkreis abgeschaltet wird. Der Fahrzeugseitige Anschluss der Kontrollkreisleitung 38 des Kontrollstromkreises kann je nach Ausführung des Hochvoltsteckers 16 vorzugsweise gemeinsam mit der Hochvoltleitung in einer Leitung (14, 38) erfolgen.
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Die Hochvolt-Komponente 10 weist ein Gehäuse 48 auf, in dem sich der nicht dargestellte elektrische Wandler und Teile des Kontrollstromkreises 36 befinden. An der Außenfläche des Gehäuses 48 können bevorzugt der Hochvoltanschluss 12, der Steuersignalanschluss 22 und gegebenenfalls die Anschlüsse für den separaten Kontrollstromkreisstecker 40 angeordnet werden. Das Gehäuse 48 kann aus einem Material, beispielsweise aus einem Metall, gefertigt sein, das die jeweiligen Komponenten in dem Gehäuse 48 vor elektromagnetischen Störungen abschirmt. Somit kann auch verhindert werden, dass elektromagnetische Störungen, die von der Hochvolt-Komponente 10 erzeugt werden, aus dem Gehäuse 48 ausdringen. Zudem ist das Gehäuse 48 über eine Masseleitung 50 zum Potentialausgleich mit dem Fahrzeugchassis verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochvolt-Komponente
- 12
- Hochvoltanschluss
- 14
- Hochvoltleitung
- 16
- Hochvoltstecker
- 18
- Anschluss
- 20
- Anschluss
- 22
- Steuersignalanschluss
- 24
- Steuersignalleitung
- 26
- Steuersignalstecker
- 28
- Anschluss
- 30
- Anschluss
- 32
- Anschluss
- 34
- Anschluss
- 36
- Kontrollstromkreis
- 38
- Kontrollstromkreisleitung
- 40
- Kontrollstromkreisstecker
- 42
- Steckkontakte
- 44
- Steckkontakte
- 46
- Steckkontakte
- 48
- Gehäuse
- 50
- Masseleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0242481 A1 [0004]
- JP 2006296049 A [0005]
