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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der elektrischen Energieversorgung von elektromobilen Kraftfahrzeugen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Funktionseinheit für ein elektrisches Energiespeichersystem eines elektromobilen Kraftfahrzeugs, ein elektrisches Energiespeichersystem mit einer derartigen Funktionseinheit und ein Elektromobiles Kraftfahrzeug mit einem derartigen elektrischen Energiespeichersystem.
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Als elektromobile Kraftfahrzeuge bezeichnet man im Allgemeinen Kraftfahrzeuge, die ganz oder teilweise mittels elektrischer Energie angetrieben werden. Elektromobile Kraftfahrzeuge können beispielsweise Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb oder reine Elektrofahrzeuge sein.
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Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge genannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrische Energiespeicher auf. Elektrische Energiespeicher können elektrochemische Energiespeicher und/oder elektrostatische Energiespeicher sein. Zu den elektrochemischen Energiespeichern im weitesten Sinne gehören auch Brennstoffzellen, welche aus einem Speichertank mit einem flüssigen oder gasförmigen Energieträger gespeist werden.
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Die elektrische Maschine eines Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine verwendet werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie und Bordnetzversorgung.
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Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt.
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Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug, zeichnen sich dadurch aus, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen.
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Die Steuerung des Energieflusses erfolgt über eine elektronische Schaltung, welche allgemein als Hybrid-Controller bezeichnet wird. Der Hybrid-Controller regelt unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll.
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Die Energieentnahme aus einer Brennstoffzelle oder aus einem Energiespeicher dient hautsächlich zur Darstellung von Antriebsleistung für das betreffende Kraftfahrzeug. und ggf. auch zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Energiespeichers bzw. zur Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie d. h. dem regenerativen Bremsen.
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Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie stellt der Verbrennungsmotor bereit.
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Als Energielieferanten und Energiespeicher für elektromobile Kraftfahrzeuge lassen sich beispielsweise Bleibatterien, Doppelschichtkondensatoren, Nickelmetallhydrid- oder Lithium-Ionen Zellen nutzen.
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Elektromobile Kraftfahrzeuge, insbesondere als Nutzfahrzeuge ausgebildete Kraftfahrzeuge, können zumindest in bestimmten Betriebsphasen relativ hohe elektrische Leistungen bis zu Spitzenwerten von 120 kW und manchmal sogar noch darüber hinaus erfordern. Eine solch hohe elektrische Leistung lässt sich jedoch nur schwer bei vergleichsweise niedrigen Spannungen von weniger als 60 V übertragen, weil die dafür erforderlichen hohen Ströme eine entsprechend große Dimensionierung des stromführenden Leitungspfades erfordern. Dafür sind wiederum stromführende Leitungen mit entsprechend großem Kabelquerschnitt erforderlich, was wiederum zu einer entsprechend Gewichtserhöhung des gesamten elektrischen Systems des elektromobilen Kraftfahrzeugs führt. Aus diesem Grund wird in einem elektromobilen Kraftfahrzeug eine hohe elektrische Leistung bevorzugt mit einer erhöhten Spannung von beispielsweise bis zu 1000 V und einer entsprechend reduzierten elektrischen Stromstärke übertragen.
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Eine derartige Leistungsübertragung mit Spannungen bis zu 1000 V stellt in einem entsprechenden elektrischen Energiespeichersystem jedoch sehr hohe Anforderungen an elektrische Schutzelemente. Hier sind vor allem die hohen Spannungen an Hochspannungsanschlüssen (High Voltage (HV) Anschlüssen) des Energiespeichersystems zu beachten. Um eine Handhabung mit derart hohen Spannungen in der Praxis zu beherrschen, sind besondere Vorkehrungen erforderlich.
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Bei elektronmobilen Kraftfahrzeugen werden zum Beispiel für das Freischalten der (Hoch)Spannung im Wartungsfall elektrische Trennvorrichtungen eingesetzt, welche auch als sog. Wartungstrenner bezeichnet werden. Ein Wartungstrenner hat die Aufgabe die Spannung in bestimmten Bereichen des Stromlaufkreises zu unterbrechen und somit den Kontakt mit der Betriebsspannung bei Wartungsarbeiten wirksam zu verhindern bzw. die Spannung auf ein geringeres Spannungsniveau zu reduzieren. So gibt es z. B. Wartungstrenner, welche in einem elektrischen Energiespeicher integriert sind und bei einer Aktivierung bestimmte in Serie geschaltete elektrische Energiespeichermodule des elektrischen Energiespeichers voneinander trennen. Ein Wartungstrenner kann beispielsweise eine einfache elektrische Brücke sein, mit der zwei Anschlusskontakte eines elektrischen Energiespeichers, wobei jeweils ein Anschlusskontakt einem elektrischen Energiespeichermodul zugeordnet ist, elektrisch miteinander verbindbar sind.
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Um kurze elektrische Strompfade zu realisieren ist es bekannt, einen Wartungstrenner und die HV Anschlüsse, welche den Beginn einer Stromleitung von dem Energiespeichersystem zu der elektrischen Maschine darstellen, räumlich so dicht wie nur irgendwie möglich aneinander anzuordnen. Bei einem Wartungsfall müssen dann sowohl die HV-Anschlüsse als auch der entsprechende Wartungstrenner frei zugänglich sein. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sich eine Bedienperson bei einem Hantieren an dem Wartungstrenner, welcher (noch) nicht aktiviert ist (z. B. ist ein als elektrische Brücke ausgebildeter Wartungstrenner (noch) nicht von den entsprechenden Anschlusspolen entfernt), der Gefahr eines elektrischen Stromschlages aussetzt.
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In der
US 5 942 737 A wird eine Batterie beschrieben, bei der eine drehbare Abdeckung verriegelbar ist, um einen Stromschlag zu vermeiden. Allerdings ist die Abdeckung ohne weitere Maßnahmen und somit auch unabsichtlich ver- und entriegelbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bediensicherheit von elektrischen Energiespeichersystemen insbesondere im Zusammenhang mit Wartungsvorgängen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Funktionseinheit für ein elektrisches Energiespeichersystem eines elektromobilen Kraftfahrzeugs beschrieben. Die beschriebene Funktionseinheit weist auf (a) eine tragende Grundstruktur, (b) zwei in einem ersten Bereich der tragenden Grundstruktur angeordnete Hochspannungsanschlüsse zum Anschließen der Funktionseinheit an eine elektrische Maschine des elektromobilen Kraftfahrzeugs, (c) eine in einem zweiten Bereich der tragenden Grundstruktur angebrachte Aufnahmeeinrichtung für eine elektrische Trennvorrichtung, wobei die Aufnahmeeinrichtung zwei Anschlusspole aufweist, welche mittels der elektrischen Trennvorrichtung elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei (c1) in einem ersten Betriebszustand, bei dem die beiden Anschlusspole elektrisch miteinander verbunden sind, zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen eine erste elektrische Spannung anliegt, welche von einem mit der Funktionseinheit energetisch gekoppelten elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird, und wobei (c2) in einem zweiten Betriebszustand, bei dem die beiden Anschlusspole elektrisch voneinander getrennt sind, zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen eine zweite elektrische Spannung anliegt, welche kleiner ist als die erste elektrische Spannung, und (d) eine Schutzabdeckung, welche beweglich an der tragenden Grundstruktur angebracht ist und welche in eine erste Position und in eine zweite Position bringbar ist, wobei (d1) in der ersten Position der erste Bereich vor einem manuellen Bedieneingriff geschützt ist und der zweite Bereich einem manuellen Bedieneingriff zugänglich ist und wobei (d2) in der zweiten Position der zweite Bereich vor einem manuellen Bedieneingriff geschützt ist und der erste Bereich einem manuellen Bedieneingriff zugänglich ist.
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Dem beschriebenen Funktionselement liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein gemeinsames Hantieren einer Bedienperson sowohl in dem ersten Bereich, in dem die spannungsführenden Hochspannungsanschlüsse angeordnet sind, als auch in dem zweiten Bereich, in welchem sich die elektrische Trennvorrichtung befindet, nicht möglich ist, weil die beschriebene Schutzabdeckung sich entweder in der ersten oder der zweiten Position befindet.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Schutzabdeckung ggf. auch Zwischenpositionen annehmen kann, welche zwischen der ersten Position und der zweiten Position liegen. Derartige Zwischenpositionen, in denen beide Bereiche möglicherweise teilweise, d. h. über jeweils eine stark verkleinerte Eingriffsöffnung einem manuellen Bedieneingriff zugänglich sind, stellen jedoch in der Praxis insbesondere dann keine große Gefahr für die Arbeitssicherheit einer Bedienperson dar, wenn die verkleinerten Eingriffsöffnungen so klein sind, dass eine Bedienperson nicht mehr manuell in den entsprechenden Bereich eingreifen kann.
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Die erste Spannung kann insbesondere genau so hoch sein wie die Spannung, welche von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird. In dieser Betrachtung sind ggf. auftretende und vergleichsweise kleine Spannungsabfälle vernachlässigt, welche durch elektrische Komponenten des Energiespeichersystems verursacht werden, die eventuell zwischen einem Hochspannungsanschluss und einem entsprechenden elektrischen Pol des elektrischen Energiespeichers angeordnet sind.
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Die zweite Spannung kann jede Spannung sein, die signifikant kleiner ist als die erste Spannung. Die zweite Spannung kann beispielsweise eine potentialfreie Spannung sein, wenn zumindest einer der beiden Hochspannungsanschlüsse ohne mit einem definierten Potential verbunden zu werden, in dem zweiten Betriebszustand (d. h. bei einer aktivierten Trennvorrichtung) von dem elektrischen Energiespeicher energetisch getrennt ist.
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Bei einer Aktivierung der Trennvorrichtung, d. h. wenn die beiden zunächst miteinander verbundenen Anschlusspole der Aufnahmevorrichtung nicht mehr elektrisch miteinander verbunden sind, kann die Verkleinerung der zwischen den Hochspannungsanschlüssen anliegenden Spannung von der ersten Spannung zu der zweiten Spannung auch darauf basieren, dass in dem zweiten Betriebszustand (d. h. bei einer aktivierten Trennvorrichtung) verschiedene in Serie geschaltete Energiespeichermodule voneinander getrennt werden. Anschaulich gesprochen wird dabei der elektrische Energiespeicher in zwei Teile aufgespalten, so dass durch die dadurch effektiv reduzierten Spannungen (welche bei einer Vernachlässigung von vorhandenen ggf. auch hochohmigen Strompfaden zwischen jeweils einem Anschlusspol und einem elektrischen Massepotential potentialfrei sind) die Verletzungsgefahr für eine Bedienperson erheblich reduziert ist.
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Die beschriebene tragende Grundstruktur kann beispielsweise eine Tragrahmen-Konstruktion sein, welche verschiedene Rahmenbauteile aufweist. Diese Rahmenbauteile können auf beliebige Weise z. B. mittels Verschrauben, Verschweißen, etc. zusammengefügt werden.
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Die beschriebene Funktionseinheit stellt eine einfach handhabbare Lösung dar, mit der bei Wartungsarbeiten an einem Energiespeichersystem eine Spannungsfreiheit und damit eine hohe Arbeitssicherheit gewährleistet werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schutzabdeckung lediglich dann in die zweite Position bringbar, wenn sich die Funktionseinheit in dem zweiten Betriebszustand befindet. Dies kann bedeuten, dass die Hochspannungsanschlüsse lediglich dann einem manuellen Bedieneingriff zugänglich sind, wenn die Trennvorrichtung aktiviert ist und wenn die Gefahr von Stromschlägen für eine Bedienperson entsprechend reduziert ist.
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Anschaulich gesprochen kann dies bedeuten, dass, sobald die Hochspannungsanschlüsse zugänglich sind, der zweite Bereich, welcher der elektrischen Trennvorrichtung zugeordnet ist, von der Schutzabdeckung abgedeckt wird und ein versehentliches oder unbefugtes Deaktivieren der Trennvorrichtung bzw. ein Einbringen eines als Brücke ausgebildeten Wartungstrenners nicht möglich ist.
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Die beschriebene Funktionseinheit kann demzufolge insbesondere derart ausgebildet sein, dass in dem ersten Betriebszustand die sich in der ersten Position befindliche Schutzabdeckung den ersten Bereich der Hochspannungsanschlüsse vor einem möglicherweise gefährlichen manuellen Bedieneingriff schützt. Zu einem späteren Zeitpunkt, nachdem mittels einer Aktivierung der elektrischen Trennvorrichtung die Funktionseinheit in den zweiten Betriebszustand überführt wurde, kann dann mittels der in der zweiten Position befindlichen Schutzabdeckung ein versehentliches Wiedereinschalten der ersten (Hoch)Spannung durch eine Deaktivierung der Trennvorrichtung solange wirksam verhindert werden, solange einer Bedienperson ein manueller Zugang zu den Hochspannungsanschlüssen zugänglich ist. Dadurch kann eine besonders hohe Arbeitssicherheit insbesondere bei Wartungsarbeiten an der beschriebenen Funktionseinheit gewährleistet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Trennvorrichtung eine elektrische Brücke, welche in die beiden Anschlusspole einbringbar ist. Ferner ist die Funktionseinheit derart ausgebildet, dass die räumliche Struktur der elektrischen Brücke, sofern die elektrische Brücke in die beiden Anschlusspole eingebracht ist, ein Bewegen der Schutzabdeckung in die zweite Position verhindert.
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Anschaulich gesprochen kann dies bedeuten, dass erst dann, wenn die elektrische Brücke, welche auch als Wartungstrenner bezeichnet wird, von den beiden Anschlusspole entfernt worden ist, es für eine Bedienperson möglich ist, an die Hochspannungsanschlüsse zu gelangen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Anschlusspole als Steckkontakte ausgebildet, in welche entsprechende Kontakte der Trennvorrichtung einschiebbar sind. Dies hat den Vorteil, dass durch ein einfaches Einschieben der elektrischen Brücke in die Aufnahmeeinrichtung die beiden Anschlusspole der Aufnahmevorrichtung elektrisch miteinander verbunden werden können. Eine elektrische Trennung zwischen den beiden Anschlusspolen kann dann durch ein einfaches Herausziehen der als elektrische Brücke ausgebildeten Trennvorrichtung erfolgen.
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Die Steckkontakte können als Aufnahmeöffnungen oder als Stifte realisiert sein. Im Falle der Realisierung als Aufnahmeöffnung kann der entsprechende Steckkontakt eine Buchse darstellen, in welche ein an der Trennvorrichtung ausgebildeter Stift eingeschoben werden kann. Im Falle der Realisierung als Stift kann an der Trennvorrichtung eine entsprechende Aufnahmeöffnung ausgebildet sein. Für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung kann insbesondere die Aufnahmeöffnung federnd ausgebildet und/oder mit federnden Kontaktelementen ausgestattet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Funktionseinheit ferner einen mechanischen Sicherungsmechanismus auf, welcher dem zweiten Bereich zugeordnet ist und welcher derart konfiguriert ist, dass erst nach einer Deaktivierung des mechanischen Sicherungsmechanismus der Zustand und/oder die Position der elektrischen Trennvorrichtung veränderbar ist.
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Der mechanische Sicherungsmechanismus kann beispielsweise eine Arretierungsmechanik sein, welche im aktivierten Zustand dafür sorgt, dass die Trennvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung verbleibt, dabei die beiden Anschlusspole elektrisch miteinander verbindet und somit dafür sorgt, dass die Funktionseinheit in dem ersten Betriebszustand verbleibt.
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Der mechanische Sicherungsmechanismus kann beispielsweise ein dreh- oder schwenkbar gelagerter Bügel oder eine ein dreh- oder schwenkbar gelagerter Tür oder Abdeckung sein. Eine entsprechende Tür oder Abdeckung kann dabei ferner der Vorteil haben, dass der Aufnahmebereich und insbesondere die Anschlusspole vor Staub, Schmutz und/oder Feuchtigkeit geschützt werden können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die tragende Grundstruktur einen weiteren Bereich zur Aufnahme von elektrischen, elektromechanischen und/oder elektrooptischen Bauteilen auf. Dies hat den Vorteil, dass weitere Bauteile des elektrischen Energiespeichersystems der beschriebenen Funktionseinheit zugeordnet werden können. Damit kann die beschriebene Funktionseinheit nicht nur eine hohe Arbeitssicherheit insbesondere bei Wartungsarbeiten gewährleisten sondern auch dazu beitragen, dass ggf. empfindliche Bauteile des elektrischen Energiespeichersystems sicher und zuverlässig aufgehoben sind, so dass auch unter rauhen Betriebsbedingungen eine hohe Zuverlässigkeit des gesamten elektrischen Energiespeichersystems gewährleistet werden kann.
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Die beschriebenen Bauteile können beispielsweise Sicherungen, Relais, ein Stromsensormodul, Vorladewiderstände etc. sein. Auch eine Steuerung für das elektrische Energiespeichersystem, beispielsweise der vorstehend genannte Hybrid-Controller, können in dem weiteren Bereich der tragenden Grundstruktur angeordnet oder aufgenommen sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Funktionseinheit ferner eine Positionsdetektionseinrichtung auf, welche an der tragenden Grundstruktur angebracht ist und welche derart eingerichtet ist, dass die aktuelle Position der Schutzabdeckung feststellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die aktuelle Position und insbesondere die Information, ob sich die Schutzabdeckung in der ersten Position oder der zweiten Position befindet, an eine entsprechende Verarbeitungseinrichtung weitergegeben werden kann. Diese Verarbeitungseinrichtung kann die entsprechende Information z. B. an einen Hybrid-Controller und/oder an eine Bedienperson weitergeben. Dabei kann die Bedienperson beispielsweise visuell und/oder akustisch über den aktuellen Betriebszustand der Funktionseinheit informiert werden. Ein Hybrid-Controller kann die Information über die Position der Schutzabdeckung beispielsweise dazu nutzen, um zusätzliche Schutzschaltungen zu aktivieren, mit denen ein elektrischer Energiespeicher zusätzlich von den Hochspannungsanschlüssen getrennt wird. Auf diese Weise kann eine doppelte Absicherung sowohl mittels einer mechanischen als auch mittels einer elektronischen Trennung des elektrischen Energiespeichers von den Hochspannungsanschlüssen erreicht werden.
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Die Positionsdetektionseinrichtung kann jeder beliebige Signalgeber sein, welche in der Lage ist, festzustellen, ob sich die Schutzabdeckung aktuell in einer bestimmten Position befindet. Dieser Signalgeber kann ein mechanischer, ein elektrischer (z. B. induktiver oder kapazitiver) und/oder ein optischer Signalgeber sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schutzabdeckung mittels einer Verschiebebewegung von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt von der zweiten Position in die erste Position bringbar. Dies hat den Vorteil, dass die Schutzabdeckung als einfache Schiebetür realisiert werden kann, welche in geeigneten Führungsschienen der tragenden Grundstruktur geführt ist. Dabei können die Führungsschienen tragende Strukturkomponenten der tragenden Grundstruktur sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Energiespeichersystem für ein elektromobiles Kraftfahrzeug beschrieben. Das beschriebene elektrische Energiespeichersystem weist auf (a) einen elektrischen Energiespeicher und (b) eine Funktionseinheit der vorstehend beschriebenen Art, wobei die Funktionseinheit mit dem elektrischen Energiespeicher energetisch gekoppelt ist.
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Dem beschriebenen elektrischen Energiespeichersystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die vorstehend beschriebene Funktionseinheit auf einfache und effektive Weise die Arbeitssicherheit insbesondere bei Wartungsarbeiten an dem elektrischen Energiespeichersystem erhöhen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektromobiles Kraftfahrzeug beschrieben, welches aufweist (a) eine elektrische Maschine und (b) ein elektrisches Energiespeichersystem der vorstehend beschriebenen Art, wobei die elektrische Maschine energetisch mit dem elektrischen Energiespeichersystem gekoppelt ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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1 zeigt eine Funktionseinheit in einer Darstellung, bei eine als verschiebbare Tür ausgebildete Schutzabdeckung weggelassen ist.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Funktionseinheit mit der als verschiebbare Tür ausgebildeten Schutzabdeckung, welche sich in der ersten Position befindet und damit einen manuellen Bedieneingriff in einen Bereich von zwei Hochspannungsanschlüssen verhindert.
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3 zeigt den von der Schutzabdeckung abgedeckten ersten Bereich der Funktionseinheit und den zweiten Bereich der Funktionseinheit mit der Aufnahmeeinrichtung, in welcher sich die als elektrische Brücke ausgebildete Trennvorrichtung befindet.
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4 zeigt den ersten Bereich und den zweiten Bereich der Funktionseinheit, wobei die als elektrische Brücke ausgebildete Trennvorrichtung entfernt wurde.
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5 zeigt die Funktionseinheit in einem Zustand, bei dem sich die als verschiebbare Tür ausgebildete Schutzabdeckung in einer Zwischenposition befindet.
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6 zeigt die Funktionseinheit in einem Zustand, bei dem sich die als verschiebbare Tür ausgebildete Schutzabdeckung in der zweiten Position befindet, in welcher die Aufnahmeeinrichtung vor einem manuellen Bedieneingriff geschützt ist.
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7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektromobiles Kraftfahrzeug, welches ein elektrisches Energiespeichersystem mit einer Funktionseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt eine Funktionseinheit 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Funktionseinheit 100 weist eine als Tragrahmen ausgebildete Grundstruktur 105 auf, welche aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Strukturbauteilen besteht. In der tragenden Grundstruktur 105 sind verschiedene räumliche Bereiche für unterschiedliche Komponenten der Funktionseinheit 100 vorgesehen. Die Grundstruktur 105 kann insbesondere aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff hergestellt sein.
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In einem ersten Bereich 110 weist die Funktionseinheit 100 zwei Hochspannungsanschlüsse 112 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Hochspannungsanschlüsse 112 derart ausgebildet, dass jeweils ein Stromkabel 113 aufgenommen werden kann, welches zu einer nicht dargestellten elektrischen Maschine, insbesondere zu einem Elektromotor eines elektromobilen Kraftfahrzeugs führt.
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In einem zweiten Bereich 120 weist die Funktionseinheit 100 eine Aufnahmeeinrichtung 122 auf, in welche eine nicht dargestellte elektrische Trennvorrichtung 124 eingeschoben werden kann. Die elektrische Trennvorrichtung 124, welche auch als Wartungstrenner bezeichnet wird, stellt eine elektrische Brücke dar, mit der zwei in 1 ebenfalls nicht dargestellte Anschlusspole elektrisch miteinander verbunden werden können. Von der elektrischen Trennvorrichtung 124 ist in der Zeichnung lediglich eine äußere Kunststoffabdeckung zu erkennen, welche beispielsweise als Spritzgussbauteil gefertigt sein kann und welche, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zur Erhöhung ihrer mechanischen Stabilität eine Oberflächenkontur in Form eines Doppelkreuzes aufweist.
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Die beiden Anschlusspole sind mit jeweils einem Energiespeichermodul eines mit der Funktionseinheit 100 verbundenen elektrischen Energiespeichers verbunden. Befindet sich der als Brücke ausgebildete Wartungstrenner 124 in der Aufnahmeeinrichtung 122, dann sind die beiden Anschlusspole elektrisch leitend miteinander verbunden und die beiden Energiespeichermodule sind in Serie miteinander verschaltet. Der elektrische Energiespeicher kann damit seine gesamte verfügbare Spannung zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen 112 bereit stellen. Befindet sich der Wartungstrenner 124 nicht in der Aufnahmeeinrichtung 122, dann sind die beiden Anschlusspole voneinander getrennt. In diesem Fall ist auch die Serienschaltung zwischen den beiden Energiespeichermodulen unterbrochen, so dass die Spannung, die zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen 112 anliegt, entsprechend reduziert oder sogar potentialfrei ist.
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In dem zweiten Bereich 120 ist ferner ein als schwenkbarer Bügel ausgebildeter Sicherungsmechanismus 130 vorgesehen, mit dem ein in die Aufnahmeeinrichtung 122 bzw. in deren Anschlusspole eingebrachter Wartungstrenner vor einem versehentlichen Herausfallen oder unbefugtem Herausziehen gesichert ist.
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Ein weiterer oder dritter Bereich 140 der Funktionseinheit 100 dient der Aufnahme von elektrischen, elektromechanischen und/oder elektrooptischen Bauteilen eines elektrischen Energiespeichersystems, welches neben einem elektrischen Energiespeicher die beschriebenen Funktionseinheit 100 umfasst. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind derartige Bauteile in der 1 nicht dargestellt.
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Die Funktionseinheit 100 weist ferner eine relativ zu der Grundstruktur 105 verschiebbare Schutzabdeckung auf, welche jedoch in der Darstellung von 1 zum besseren Verständnis des Aufbaus der Funktionseinheit 100 weggelassen wurde.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellte Funktionseinheit 100 noch weitere Strukturmerkmale aufweist, die jedoch für die in diesem Dokument beschriebene Erfindung nicht oder lediglich von untergeordneter Bedeutung sind und die deshalb weder mit einem Bezugszeichen versehen sind noch nachstehend weiter erläutert werden.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Funktionseinheit mit der Schutzabdeckung 250. Die Schutzabdeckung 250 ist als verschiebbare Tür ausgebildet, welche entlang einer mittels der Grundstruktur 105 realisierten Linearführung zwischen zwei Positionen, einer ersten Position und einer zweiten Position, verschiebbar ist. Um eine manuelle Verschiebung zu erleichtern, ist an der Frontseite der verschiebbaren Tür 250 ein Griff 252 angeformt oder angebracht.
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In der ersten Position, welche in 2 gezeigt ist, verdeckt die Schutzabdeckung 250 den ersten Bereich 110 und verhindert so einen manuellen Bedieneingriff in den Bereich der Hochspannungsanschlüsse. In der zweiten Position, welche in 2 nicht gezeigt ist, verdeckt die Schutzabdeckung 250 den zweiten Bereich 120 und verhindert so einen manuellen Bedieneingriff in die Aufnahmeeinrichtung 122. Dies bedeutet, dass es in der zweiten Position nicht möglich ist, den Wartungstrenner 124 in die Aufnahmeeinrichtung 122 einzuführen und damit (infolge einer elektrischen Verbindung der beiden Anschlusspole) die gesamte von dem elektrischen Energiespeicher bereitstellbare Spannung zwischen den beiden Hochspannungsanschlüssen bereit zu stellen.
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In dem in 2 dargestellten Betriebszustand, welcher in diesem Dokument auch als erster Betriebszustand bezeichnet wird, befindet sich die Schutzabdeckung 250 in der ersten Position.
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Damit sind die beiden Hochspannungsanschlüsse 112 zumindest so lange, wie der Wartungstrenner 124 nicht gezogen ist, sicher abgedeckt.
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3 zeigt den von der Schutzabdeckung abgedeckten ersten Bereich der Funktionseinheit und den zweiten Bereich 120 der Funktionseinheit mit der Aufnahmeeinrichtung, in welcher sich die als elektrische Brücke ausgebildete Trennvorrichtung 124 befindet. Im zweiten Bereich ist eine als Endschalter ausgebildete Positionsdetektionseinrichtung 355 zu erkennen, mittels welcher erkannt werden kann, wenn sich die Schutzabdeckung 250 in der zweiten Position befindet. Selbstverständlich kann auch eine entsprechende nicht dargestellte Positionsdetektionseinrichtung im ersten Bereich 110 dazu verwendet werden, zu erkennen, wenn sich die Schutzabdeckung 250 in der ersten Position befindet.
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Die Funktionseinheit 100 ist an einen Gehäuse 398 eines nicht näher dargestellten elektrischen Energiespeichers angebracht. Über eine nicht dargestellte Wartungsklappe des Gehäuses 398 sind die Hochspannungsanschlüsse 112 und der Wartungstrenner 124 von einer Bedienperson zu erreichen.
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Um das die Funktionseinheit 100 und den elektrischen Energiespeicher aufweisende Energiespeichersystem zu warten, ist es notwendig, dass der Wartungstrenner 124 vorher gezogen wird. Erst danach kann gefahrlos an dem Energiespeichersystem gearbeitet werden.
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4 zeigt den ersten Bereich 110 und den zweiten Bereich 120 der Funktionseinheit 100, wobei der Wartungstrenner 124 entfernt wurde. In der Aufnahmeeinrichtung 122 sind die die beiden Anschlusspole 425 zu erkennen, welche mittels eines eingesteckten Wartungstrenners 124 miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Ferner ist ein Interlock 426 zu erkennen, welches dazu verwendet werden kann, einer Steuereinheit, beispielsweise einem Hybrid-Controller, mitzuteilen, ob sich ein Wartungstrenner in der Aufnahmeeinrichtung 122 befindet.
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Um die Schutzabdeckung 250 nach links in die zweite Position zu verschieben zu können, ist es erforderlich, dass der Wartungstrenner 124 vorher entfernt wird.
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5 zeigt die Funktionseinheit 100 in einem Zustand, bei dem sich die als verschiebbare Tür ausgebildete Schutzabdeckung 250 in einer Zwischenposition befindet.
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6 zeigt die Funktionseinheit 100 in einem Zustand, bei dem sich die Schutzabdeckung 250 in der zweiten Position befindet, in welcher der zweite Bereich 120 mit der Aufnahmeeinrichtung 122 vor einem manuellen Bedieneingriff geschützt ist. Insbesondere ist es nicht möglich, einen Wartungstrenner 124 einzuführen und damit die beiden in 4 dargestellten Anschlusspole 425 miteinander zu verbinden.
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In dem in 6 gezeigten Zustand (die Schutzabdeckung 250 befindet sich vor dem zweiten Bereich 120) ist ein Bedieneingriff insbesondere zu Wartungszwecken in den ersten Bereich 110 der Hochspannungsanschlüsse 112 möglich. Bei einem derartigen Wartungseingriff können beispielsweise die (Hochspannungs)Kabel 113 von den Hochspannungsanschlüssen 112 entfernt werden und so das Energiespeichersystem von der elektrischen Maschine getrennt werden.
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Die Schutzabdeckung 250 und/oder die vorstehend erwähnte Wartungsklappe des Gehäuses 398 kann auch als ein elektronischer Geber dienen, deren Signal zur Auslösung entweder akustischer und/oder visueller Informationen verwendet wird. Diese visuelle Information kann mittels einer Anzeigeeinrichtung 660 einer Bedienperson mitgeteilt werden. Das Signal eines entsprechenden elektronischen Signalgebers kann auch zum Auslösen zusätzlicher Schütze zum Trennen der Hochspannungsanschlüsse 112 oder einer zusätzlichen Arretierungsschaltung zur Freigabe des Wartungstrenners 124 verwendet werden.
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7 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektromobiles Kraftfahrzeug 790, welches ein elektrisches Energiespeichersystem 795 aufweist. Das elektrische Energiespeichersystem 795 weist wiederum einen elektrischen Energiespeicher 797 auf, welcher ein beliebiger Energiespeicher 797 wie z. B. ein elektrochemischen Energiespeicher und/oder einen elektrostatischen Energiespeicher sein kann. Das elektrische Energiespeichersystem 795 weist ferner eine Funktionseinheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf.
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Wie aus 7 ersichtlich, ist das elektrische Energiespeichersystem 795 mit einer elektrischen Maschine 792 des elektromobilen Kraftfahrzeugs 790 über eine elektrische Verbindungsleitung 799 energetisch verbunden.
