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TECHNISCHES GEBIET
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Das technische Gebiet betrifft allgemein Hochspannungseinrichtungen, welche in Motorfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere Steuerungen für eine Hochspannungseinrichtung.
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HINTERGRUND
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In zunehmendem Maße werden in Passagierfahrzeuge Elektromotoren anstelle von internen Verbrennungskraftmaschinen verwendet. Beispielsweise kann ein Fahrzeug einen Wechselstrom(AC)-Motor umfassen, welcher mit einem Wechselrichter gekoppelt ist. Der Wechselrichter wandelt von einer Energiequelle (z. B. einer Batterie) empfangenen Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom um, welcher zur Versorgung des Elektromotors dient. Im Gegensatz zu einer internen Verbrennungskraftmaschine erzeugt ein Elektromotor keinen bedeutsamen Betrag an Wärmeenergie; daher sind heutige herkömmliche Elektrofahrzeuge mit einer Hilfsheizeinrichtung ausgestattet, wie z. B. einer elektrischen Hochspannungs-Konvektionsheizung bzw. einem Konvektionsheizer, um Innenraumwärme für beschlagfreie Autoscheiben und ein angenehmes Innenraumklima für die Passagiere zu erzeugen.
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Jedoch hat die Verwendung einer Hilfsheizung unter der Motorhaube gewisse Nachteile. Beispielsweise ist in kalten Umgebungen ein Aufheizen von eintretender (kalter) Luft vom Fahrzeug-Frischluft-Speicher unter der Motorhaube thermodynamisch unwirksam; d. h., einige der durch die Heizung erzeugten thermischen Energie geht bei kalten Umgebungen unter der Motorhaube durch Konvektion, (wärme-)Leitung und Massenstrom verloren. Diese Energieverluste entziehen dem Fahrzeugbatteriepack Energie und bedeuten somit Energie, welche für den Antrieb des Fahrzeuges nicht mehr zur Verfügung steht.
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Ein Zusammenstoß kann zu einer unkontrollierten und unvorhersehbaren Verbiegung und Deformation der Struktur innerhalb des Fahrzeuginnenraumes führen. Um einen unerwünschten elektrischen leitfähigen Pfad innerhalb des Fahrgastraumes aufgrund eines Zusammenstoßes zu vermeiden, sind bei herkömmlich bekannten Fahrzeugdesigns die Heizung bzw. der Hochspannungsbus nicht im Fahrzeuginnenraum angeordnet.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, eine thermodynamisch wirksame Anordnung für einen Hochspannungs-Heizer in einem Fahrzeug bereitzustellen, wodurch das Risiko der Erzeugung eines ungewollten elektrischen Hochspannungspfades für den Fall eines Zusammenstoßes innerhalb des Fahrgastraumes reduziert bzw. vermieden wird. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
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Zusammenfassung
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Gemäß einer Zusammenfassung wird ein elektronischer Schaltkreis zum elektrischen Trennen bzw. Isolieren eines Heizers in einem Elektrofahrzeug bereitgestellt. Der Schaltkreis umfasst einen in einem Passagierabteil des Fahrzeuges befestigten Hochspannungs-Konvektionsheizer, eine unter einer Motorhaube des Fahrzeuges befestigte Steuerung, eine Batterie und einen Kollisionssensor, welcher dazu ausgebildet ist, ein Zusammenstoß-Signal bei Erkennen eines Zusammenstoßes an die Steuerung zu leiten. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, wahlweise den Heizer von der Batterie in Antwort auf das Zusammenstoß-Signal zu trennen bzw. zu isolieren. Das Fahrzeug umfasst ebenso einen Frischluft-Speicherraum, an welchem die Steuerung befestigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur sofortigen Trennung einer Hochspannungsversorgung zu einem in dem Fahrgastraum eines Motorfahrzeuges angeordneten Konvektionsheizers bei Erkennen eines Zusammenstoßes bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Verbinden, mittels eines Verbindungskabels, des Heizers mit einem unter einer Motorraumklappe bzw. -deckel angeordneten Hochspannungsbus, wobei der Innenraum und der Raum unter dem Motorraumdeckel durch eine unter dem Armaturenbrett befindliche Spritzwand getrennt sind, wobei die Spritzwand eine Öffnung aufweist, durch welche das Verbindungskabel hindurch verläuft.
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In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Anordnung eines Hochspannungs-Ventilators hinter einem Kühler bereitgestellt, welcher im Motorraum angeordnet ist und mit einem Steuerschalter in Reihe mit dem Hochspannungsbus und dem Hochspannungs-Ventilator geschaltet ist, und im Falle eines Zusammenstoßes den Ventilator vom Hochspannungsbus elektrisch trennt.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand wird hiernach in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bedeuten, und:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges ist, welches zur Verwendung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für ein Fahrzeug geeignet ist;
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2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Innenraum-Heizsystems und einer entfernt angeordneten Hochspannungs-Steuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 ein schematischer Schaltplan eines Schaltkreises ist, wobei ein Batteriepack, ein Hochspannungsbus, ein Zusammenstoß-Detektor, eine Innenraumheizung, und eine Hochspannungs-Steuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt wird;
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4 ist ein Flussdiagramm zur Fortsetzung der Schritte zum Trennen der Hochspannungsenergieversorgung zu dem in 2 und 3 dargestellten Innenraum-Heizer;
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5 ist eine schematische Darstellung eines Hochspannungs-Kühlerventilatorsystems gemäß des Standes der Technik; und
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6 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Hochspannungs-Kühlerventilatorsystems und einer Hochspannungs-Steuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll den Gegenstand der Offenbarung oder seiner Verwendungen nicht beschränken. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch irgendeine ausdrücklich oder implizit in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellte Theorie geben.
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In diesem Dokument sollen aufeinander bezogene Ausdrücke, wie z. B. erster und zweiter und dergleichen, lediglich verwendet werden, um eine Einheit oder Maßnahme von einer anderen Einheit bzw. Maßnahme zu unterscheiden, ohne dass notwendigerweise eine solche Beziehung bzw. Reihenfolge zwischen solchen Einheiten bzw. Maßnahmen erforderlich ist bzw. impliziert wird. Numerische Ausdrücke, wie z. B. „erster”, „zweiter”, „dritter” usw., bezeichnen lediglich unterschiedliche einzelne Elemente einer Mehrzahl und implizieren keine Reihenfolge bzw. Sequenz, es sei denn, dass es durch die Anspruchsprache speziell definiert wird.
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Zusätzlich bezieht sich die folgende Beschreibung auf Elemente bzw. Merkmale, welche zusammen „verbunden” bzw. „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, kann sich „verbunden” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (bzw. direkt in Kommunikation damit stehend ist), und zwar nicht notwendigerweise in mechanischer Hinsicht. Ebenso soll sich „gekoppelt” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (bzw. direkt oder indirekt in Kommunikation damit stehend ist), und zwar nicht notwendigerweise in mechanischer Hinsicht. Jedoch wird davon ausgegangen, dass, obwohl zwei in einer Ausführungsform unten als „verbunden” sein können, ähnliche Elemente in alternativen Ausführungsformen „gekoppelt” sein können, und umgekehrt. Somit können, obwohl die hierin dargestellten schematischen Zeichnungen beispielhafter Anordnungen von Elementen zeigen, zusätzliche wechselwirkende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein.
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Schließlich sollen aus Gründen der Kürze herkömmliche Techniken und Komponenten, welche sich auf elektrische und mechanische Fahrzeugteile und andere funktionale Aspekte des Systems (sowie der individuellen Betriebskomponenten des Systems) beziehen, hierin nicht im Detail beschrieben werden. Weiterhin sollen die in den verschiedenen Figuren, welche hierin enthalten sind, dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionelle Beziehungen und/oder physische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es wird darauf hingewiesen, dass viele alternative bzw. zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass 1 bis 6 lediglich darstellenden Charakter haben und nicht maßstabsgetreu sind.
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1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeuges 100, welches für eine Verwendung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geeignet ist. Obwohl das Innenraumheizersystem der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang eines Elektrofahrzeuges beschrieben ist, sind die hierin beschriebenen Techniken und Konzepte ebenso auf Hybrid- oder eine beliebige andere Art von Fahrzeug anwendbar. Das Fahrzeug 100 kann ein beliebiges einer Anzahl von verschiedenen Arten von Fahrzeugen sein, wie z. B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sports Utility Vehicle (SUV), und kann Zweiradantrieb (2WD), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) aufweisen.
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Das Fahrzeug 100 kann ebenso einen beliebigen bzw. eine Kombination einer Anzahl verschiedener Arten von Motoren aufweisen, wie z. B. eine mit Benzin- bzw. Diesel-Kraftstoff betriebene Verbrennungskraftmaschine, eine mit einem Kraftstoffgemisch betriebene (FFV = flex fuel vehicle) Fahrzeugmaschine (d. h. unter Verwendung eines Gemisches von Benzin und Ethanol), eine mit einem Gasgemisch (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) betriebene Maschine sowie zusätzlich einen Elektromotor.
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Elektro- und Hybrid-Elektro-Fahrzeuge verwenden oftmals Hochspannungsquellen, wie z. B. Batteriepacks bzw. Brennstoffzellen, welche Gleichstrom (DC) für den Antrieb der Fahrzeugmotoren, elektrischer Antriebssysteme (ETS) und weiterer Fahrzeugsysteme bereitstellen. Leistungsschalteinrichtungen, welche in Hochspannungsanwendungen verwendet werden, wie z. B. Bipolartransistoren mit integrierter Mittenelektrode(IGBT)-Module und Leistungsdioden, können im Betrieb beträchtliche Wärme bzw. Hitze erzeugen. Da die Leistungseigenschaften vieler elektronischer Komponenten durch hohe Temperaturen beeinträchtigt werden kann, umfassen Leistungsschalteinrichtungen im Allgemeinen zur Wärmeableitung ein Kühlsystem. Ein solches Kühlsystem umfasst typischerweise eine Wärmesenke mit einer relativ großen thermischen Masse, und kann mit dem Frischluft-Speicherraum des Fahrzeuges gekoppelt sein, wie unten detaillierter beschrieben ist.
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Die dargestellte Ausführungsform des Elektrofahrzeuges 100 umfasst ohne Beschränkung: einen Plug-in-Ladeanschluss 102, welcher mit einem Energiespeichersystem 104 gekoppelt ist; ein Steuermodul, welches mit einem Generator zum Laden des Energiespeichersystems einschließlich einer Batterie 104 gekoppelt ist; und ein Hochspannungsbus 106 zur Bereitstellung von Hochspannungsenergie für verschiedene Einrichtungen und Komponenten, wie sie unten in Verbindung mit 2 und 3 erläutert werden. Elektrische Verteilersysteme eines Fahrzeuges umfassen typischerweise einen Kabelstrang zur Weiterleitung von Niedrigspannungsenergie zu Niedrigspannungseinrichtungen (wie z. B. Fahrzeuglichtbirnen, Blinklichter und dergleichen), und einen Hochspannungsbus zur Weiterleitung von Hochspannungsenergie zu Hochspannungskomponenten, wie z. B. Innenraumheizer und Kühlventilatoren. Der Fahrzeug-Antriebsstrang (nicht dargestellt) umfasst einen Elektromotor und ein Getriebe für den Antrieb von Rädern 120, um das Fahrzeug 100 voranzutreiben.
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Weiterhin mit Bezug auf 1 umfasst das Fahrzeug 100 ein Passagierabteil 132 sowie einen Raum 130 unter einem Deckel bzw. einer Klappe (z. B. einer Motorhaube), wobei Passagierabteil 132 und Raum 130 durch eine Spritzwand 112 getrennt sind, über welcher eine Windschutzscheibe 134 befestigt ist. Eine Hochspannungseinrichtung, wie z. B. ein Innenraumheizer 108, ist innerhalb des Innenraums 132 angeordnet. Die Batterie 104 versorgt den Heizer 108 über einen Hochspannungsbus 106 mit elektrischer Energie. Eine entfernt angeordnete Steuerung 110 ist in Reihe zwischen Batterie 104 und Heizer 108 und insbesondere zwischen Hochspannungsbus 106 und Heizer 108 geschaltet. Ein Leitungsstrang 111, wie z. B. ein oder mehrere elektrische Kabel, führen durch eine Öffnung 113 in der Spritzwand 112 zwischen Steuerung 106 und Heizer 108.
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2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems 200 zum wahlweisen elektrischen Trennen einer Hochspannungskomponente, welche innerhalb des Passagierabteils eines Fahrzeuges angeordnet ist, und zwar gemäß der vorliegenden Offenbarung. In der dargestellten Ausführungsform ist die Hochspannungskomponente ein Konvektionsheizer, obwohl in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Komponente wahlweise elektrisch getrennt werden kann.
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System 200 umfasst ein Passagierabteil 206 (das Fahrzeuginnere) und einen Raum 204 unter einer Klappe bzw. einem Deckel (d. h. z. B. einem Motorraum), getrennt durch ein Armaturenbrett und/oder eine Spritzwand 202. System 200 umfasst weiterhin eine Batterie bzw. ein Batteriepack 260, einen Hochspannungsbus 272 sowie ein Verbindermodul 270 mit einem Paar von Verbinderschalteinrichtungen 254 und 256. In einer Ausführungsform sind die Schalteinrichtungen 254 und 256 IGBTs; alternativ können die Schalteinrichtungen mechanische Verbinder sein. Hochspannungsbus 272 liefert eine Hochspannungsenergie zu verschiedenen Einrichtungen und Komponenten, wie z. B. ein Hilfsenergiemodul (APM = Auxiliary Power Module) 242, ein Klimaanlagen-Kompressormodul (ACCM = Air-Conditioning Compressor Module) 246, ein Antriebsenergiewechselrichtermodul (TPIM = Transmission Power Inverter Module) 248 und dergleichen.
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Im Falle eines Zusammenstoßes lösen ein oder mehrere Zusammenstoß-Sensoren (nicht dargestellt in 2; siehe 3), wie z. B. ein Beschleunigungsmesser) typischerweise einen oder mehrere Airbags aus und öffnen Schalteinrichtungen 254 und 256, wodurch Energie zu dem Hochspannungsbus 272 getrennt wird, und somit zu den Hochspannungseinrichtungen 242 bis 248. Jedoch kann die diesen Einrichtungen zugeordnete Kapazität zu einem zeitlichen Abfall in der Größenordnung von fünf oder mehr Sekunden führen. Aus diesem Grund sind Hochspannungseinrichtungen und insbesondere der Hochspannungsbus vorzugsweise (d. h. aus Sicherheitsgründen) unter der Motorhaube angeordnet, im Gegensatz zu einer Anordnung innerhalb des Passagierabteiles.
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Weiterhin mit Bezug auf 2 umfasst das System 200 weiterhin eine über der Spritzwand/Armaturenbrett 202 befestigte Windschutzscheibe 208. Ein Frischluftgrill 212 ist an der Außenseite des Fahrzeuges nahe der unteren Seite der Windschutzscheibe angeordnet, durch welches Frischluft in einen Klimatisierungs(HVAC = Heating Ventilation and Air-Conditioning)-Einlass 210 und durch den Frischluft-Speicherraum 203 des Fahrzeuges strömt. Ein Innenraumheizer 234, beispielsweise ein Konvektionsheizer, ist im Innenraum 206 angeordnet. Eine Versorgungsleitung (Kabel) 214 mit positiver Polarität und eine Versorgungsleitung 216 mit negativer Polarität stellen Hochspannungsenergie für den Heizer 234 bereit, und zwar direkt von dem Hochspannungsbus 272 oder über eine mit dem Bus verbundene Einrichtung, wie z. B. ein APM 242. Entsprechende Leitungen 214 und 216 können praktischerweise durch eine in der Spritzwand 202 ausgebildete Öffnung 230 durchgeführt werden.
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Um das Risiko zu minimieren, dass ein Passagier im Falle eines Zusammenstoßes einem Hochspannungspotenzial ausgesetzt ist, ist eine Steuerung 218 mit entsprechenden Schalteinrichtungen 220 und 222 in Reihe zwischen dem Hochspannungsbus 272 und dem Heizer 234 geschaltet. Bei Erkennen eines Zusammenstoßes trennt die Steuerung 218 die Energie- bzw. Stromzufuhr zum Heizer 234, z. B. durch Öffnen der Schalteinrichtungen 220 und 222, wodurch die Leitungen 214 und 216 mit entsprechender positiver und negativer Polarität elektrisch vom Bus 272 isoliert bzw. getrennt werden. Wie oben bereits festgestellt, sind die Verbinder 254 und 256 derart ausgebildet, um die Batterie 260 bei einem Zusammenstoß zu trennen. Jedoch kann es bis zu fünf bzw. mehr Sekunden dauern, damit das Hochspannungspotenzial vom Bus 272 und den verschiedenen damit zugeordneten Einrichtungen aufgrund der hohen Kapazität dieser Komponenten abgebaut ist.
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Daher kann ein Eingliedern einer zusätzlichen entfernt angeordneten Steuerung 218 „in Abwärtsrichtung” vom Bus 272 und „in Zulaufrichtung” zum Heizer 234 dieser unmittelbar von dem dann gerade sich abbauenden Hochspannungspotenzial getrennt werden, welche dem Bus 272 und seinen zugeordneten Komponenten unmittelbar nach einem Zusammenstoß zugeordnet ist. Auf diese Weise kann das dem Heizer 234 zugeordnete Hochspannungspotenzial nahezu unmittelbar abgebaut werden, z. B. in der Größenordnung von 50 bis 500 Millisekunden (ms) in Antwort auf einen Zusammenstoß bzw. eine Airbagauslösung. Somit kann der Heizer 234 in sicherer Weise (für die Passagiere) im Innenraum 206 angeordnet werden und durch diese Anordnung kann die thermodynamische Wirksamkeit des Heizers 234 in Angrenzung an die Kaltluft-Umgebung unter der Motorhaube erhöht werden.
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Nunmehr mit Bezug auf 3 stellt eine schematische Zeichnung eines elektronischen Schaltkreises eine beispielhafte Verkabelungskonfiguration für ein Hochspannungssystem 300 mit einem Hochspannungs-Heizer 306 und einer entfernt angeordneten Hochspannungs-Steuerung 318 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die in 3 dargestellte Anordnung zeigt den Heizer 306 in einem Passagierabteil 302 angeordnet, getrennt von einem Motorraum 304 durch eine Trenneinrichtung 312, wie z. B. einer Spritzwand. Der Heizer 306 umfasst einen Anschluss 308 mit positiver Polarität und einen Anschluss 310 mit negativer Polarität. Erste und zweite Kabel 350 und 352 leiten Strom zum Heizer 306 von einem Batteriepack 340 über einen Hochspannungsbus 330. Ein Batteriepack 340 umfasst eine Batterie 346 und eine erste Schalteinrichtung 320. Der Bus 330 kann ebenso eine Hochspannungsenergie für verschiedene zusätzliche Hochspannungseinrichtungen 332, 334 und 336 bereitstellen, wie z. B. APM 242, ACCM 246, TPIM 248 und dergleichen.
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Die erste Schalteinrichtung 320 umfasst entsprechende Verbinder 321 und ist in Reihe zwischen Batterie 346 und Bus 330 geschaltet. Eine zweite Schalteinrichtung (Steuerung) 318 umfasst entsprechende Schalteinrichtungen, Verbinder oder IGBTs 319, und ist in Reihe zwischen dem Heizer 306 und dem Hochspannungsbus 330 geschaltet. Ein Zusammenstoß-Sensor 316 ist derart ausgebildet, ein Zusammenstoß-Signal 317 zu einer entfernt angeordneten Steuerung 318 bei Erkennen eines Zusammenstoßes zu senden. Bei Empfang des Zusammenstoß-Signales 317 trennt die Steuerung 318 unmittelbar den Heizer 306 von dem Hochspannungsbus 330 in elektrischer Weise. Zusätzlich kann der Sensor 316 dazu ausgebildet sein, ein Zusammenstoß-Signal zu einer Schalteinrichtung 320 zu senden, um die Batterie 346 von dem Hochspannungsbus 330 während eines Zusammenstoßes zu trennen.
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Nunmehr mit Bezug auf 4 führt ein Flussdiagramm ein Verfahren 400 zum Trennen einer Hochspannungsenergie zu einem im Innenraum eines Motorfahrzeuges angeordneten Konvektionsheizers bei Erkennen eines Zusammenstoßes fort. Zum Zwecke der Darstellung kann die folgende Beschreibung des Verfahrens in 4 sich auf in Verbindung mit 1 bis 3 oben erwähnte Elemente beziehen. Es wird außerdem bevorzugt, dass das Verfahren aus 4 eine beliebige Anzahl zusätzlicher oder alternativer Schritte umfassen kann und dass das Verfahren in einen umfassenderen Vorgang bzw. Prozess mit zusätzlicher Funktionalität, welche hierin nicht im Detail beschrieben ist, eingegliedert werden kann. Überdies kann ein bzw. können mehrere der in 4 dargestellten Schritte in einer unterschiedlichen Reihenfolge als die dargestellte ausgeführt werden, solange die beabsichtigte Gesamtfunktionalität erhalten bleibt.
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Das Verfahren 400 umfasst ein Verbinden (Schritt 402), mittels eines Verbindungskabels, des Heizers mit einem Hochspannungsbus, welcher in einem Motorraum eines Fahrzeuges angeordnet ist, wobei der Innenraum und der Motorraum durch eine Spritzwand, welche eine Öffnung aufweist, voneinander getrennt sind, durch welche sich das Verbindungskabel erstreckt. Verfahren 400 umfasst ein Dazwischenschalten, Konfigurieren, Anordnen oder Installieren (Schritt 404) einer Steuerschalteinrichtung in Reihe zwischen dem Heizer und dem Hochspannungsbus, und Senden (Schritt 406) eines Signales zu der Steuerung von einem Zusammenstoß-Sensor bei Erkennen eines Zusammenstoßes.
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Das Verfahren 400 umfasst weiterhin ein Betreiben (Schritt 408) einer Steuerung 318 (3), sowie elektrisches Isolieren bzw. Trennen (Schritt 410) des Heizers von dem Hochspannungsbus bei Empfang des Zusammenstoß-Signales durch die Steuerung.
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Dementsprechend ist ein Hochspannungs-Heizer im Passagierabteil eines Fahrzeuges angeordnet, und eine entfernt angeordnete Hochspannungs-Steuerung ist auf der anderen Seite einer Trenneinrichtung angeordnet, um dadurch den bzw. die Passagiere im Falle eines Zusammenstoßes vor einem Kontakt mit dem Hochspannungsbus zu schützen. Die entfernt angeordnete Steuerung der vorliegenden Offenbarung kann einen oder mehrere IGBTs umfassen und kann an dem Frischluft-Speicherraum unter der Motorraum befestigt sein, um eine Wärmesenke bereitzustellen, oder die entfernt angeordnete Steuerung kann mittels Konvektion gekühlt werden (z. B. mittels eines Fahrzeugunterbodens bzw. einer Unterboden-Luftströmung), oder die entfernt angeordnete Steuerung kann mittels Wärmeleitung gekühlt werden (z. B. durch Befestigen entweder an die Fahrzeugstruktur oder ein beliebiges anderes Fahrzeug-Subsystem). Diese Anordnung (Topologie) fördert eine thermodynamische Wirksamkeit durch Isolieren des Heizers von der Kaltluft unter der Motorhaubenumgebung, und ermöglicht eine sofortige elektrische Trennung des Heizers von dem Hochspannungsbus bei einer Airbagauslösung.
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Nunmehr mit Bezug auf 5 umfasst eine alternative durch die vorliegende Offenbarung verkörperte Anwendung ein wahlweises elektrisches Trennen eines Hochspannungs-Ventilators von dem Hochspannungsbus im Falle eines Zusammenstoßes. Gemäß dem Stand der Technik kann ein Kühlsystem 500 in einem Motorfahrzeug verwendet werden, welches eine interne Verbrennungskraftmaschine oder eine andere Art von Kühlung erfordernde Maschine umfasst.
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Insbesondere ist ein Hochspannungs-Kühlungsventilator 504 hinter einer Kühler-Anordnung 502 angeordnet.
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Der Hochspannungs-Ventilator 504 wird über einen Hochspannungsbus 512 durch eine Batterie 506 betrieben. Ein Paar von Schalteinrichtungen 508, 510 sind derart ausgebildet, um eine Energie- bzw. Strom-Zufuhr bei Erkennen eines Zusammenstoßes zu trennen. Jedoch kann, wie oben bereits erörtert, aufgrund des zeitlichen Abfalls, welcher mit dem Hochspannungsbus 512 verbunden ist, der Ventilator 504 in einem Hochspannungs-Zustand für Millisekunden oder selbst Sekunden nach einem Zusammenstoß verbleiben, was ein mögliches Risiko eines elektrischen Schocks an den Passagieren darstellt.
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Nunmehr mit Bezug auf 6 umfasst ein verbessertes Kühlventilatorsystem 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung einen im Motorraum hinter einer Kühleranordnung 614 angeordneten Hochspannungs-Ventilator 612. Eine Batterie 602 versorgt den Ventilator 612 über einen Hochspannungsbus 604 mit Energie bzw. Strom. Entsprechende Schalteinrichtungen 606 und 608 sind in Reihe zwischen Batterie 602 und Bus 604 geschaltet, wobei sie derart ausgebildet sind, den Bus 604 von der Batterie 602 bei Erkennen eines Zusammenstoßes elektrisch zu trennen.
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Weiterhin mit Bezug auf 6 ist eine Steuerung 610 in Reihe zwischen Bus 604 und Ventilator 612 geschaltet. Steuerung 610 kann IGBTs oder eine beliebige andere Struktur zum elektrischen Trennen des Ventilators 612 von dem Hochspannungsbus 604 im Fall eines Zusammenstoßes umfassen. Die entfernt angeordnete Steuerung 601 der vorliegenden Offenbarung kann einen bzw. mehrere IGBTs umfassen und kann an dem Frischluft-Speicherraum im Motorraum befestigt sein, um eine Wärmesenke zu bilden, oder die entfernt angeordnete Steuerung 610 kann in einfacher Weise gekühlt werden (z. B. durch den Fahrzeugunterboden bzw. einen Unterboden-Luftstrom), oder die entfernt angeordnete Steuerung 610 kann über Wärmeleitung gekühlt werden (z. B. durch Befestigen entweder an einer Fahrzeugstruktur oder Befestigen an einem beliebigen anderen Fahrzeug-Subsystem).
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Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung dargestellt wurde, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es wird ebenso bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit bzw. Konfiguration der Offenbarung in keinster Weise beschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene Zusammenfassung und detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine nützliche Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform bzw. beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Offenbarung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlicher Äquivalente definiert ist.
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Weitere Ausführungsformen
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- 1. Innenraumheizsystem zur Verwendung in einem Motorfahrzeug von der Art mit einer Fahrgastzelle und angeordnet unter einem Deckel, welcher einen Raum abdeckt, getrennt durch eine Spritzwand, wobei das Innenraumheizsystem umfasst:
einen Hochspannungs-Heizer, welcher in dem Fahrzeuginnenraum angeordnet ist;
eine Fahrzeugbatterie, welche dazu ausgebildet ist, den Hochspannungs-Heizer über einen Hochspannungsbus mit Strom zu versorgen; und
einen Schalter, welcher in dem von dem Deckel bedeckten Raum angeordnet ist;
wobei der Schalter dazu ausgebildet ist, wahlweise den Hochspannungs-Heizer von der Batterie und dem Hochspannungsbus zu trennen.
- 2. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 1, weiterhin umfassend wenigstens eine zusätzliche mit dem Hochspannungsbus verbundene Hochspannungseinrichtung, wobei der Schalter dazu ausgebildet ist, den Heizer wahlweise von der Fahrzeugbatterie, dem Hochspannungsbus und der zusätzlichen Hochspannungseinrichtung zu trennen.
- 3. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 2, wobei der Hochspannungs-Heizer ein Konvektionsheizer ist.
- 4. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 2, wobei die zusätzliche Hochspannungseinrichtung eine der folgenden Komponenten umfasst: einen Kühlmittelheizer; einen Antriebskraftumwandler; und einen Kühlungsmittel-Kompressor.
- 5. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 2, wobei der Hochspannungs-Heizer einen Heizenergieverbinder umfasst, und wobei der Schalter in Reihe mit dem Heizenergieverbinder und dem Hochspannungsbus verbunden ist.
- 6. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 5, wobei der Hochspannungsbus einen positiven Busanschluss und einen negativen Busanschluss umfasst, wobei der Heizenergieverbinder einen positiven Heizer-Anschluss umfasst, welcher über den Schalter mit dem positiven Busanschluss verbunden ist, und einen negativen Heizer-Anschluss, welcher über den Schalter mit dem negativen Busanschluss verbunden ist.
- 7. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 5, weiterhin umfassend ein Zusammenstoß-Modul, welches dazu ausgebildet ist, bei Erkennen eines Zusammenstoßes ein Zusammenstoß-Signal auszugeben, und wobei die Schalteinrichtung dazu ausgebildet ist, den Heizer von dem Hochspannungsbus in Antwort auf das Zusammenstoß-Signal elektrisch zu trennen.
- 8. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 7, wobei die Schaleinrichtung einen bipolaren Transistor mit isolierter Mittenelektrode (IGBT) umfasst.
- 9. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 8, weiterhin umfassend einen Isolier-Verbinder, welcher in Reihe zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Hochspannungsbus geschaltet ist.
- 10. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 9, wobei der Isolier-Verbinder einen IGBT umfasst, und weiterhin, wobei der Isolier-Verbinder ausgebildet ist, die Fahrzeugbatterie von dem Hochspannungsbus bei Empfang des Zusammenstoß-Signals von dem Zusammenstoß-Sensormodul elektrisch zu trennen.
- 11. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 7, wobei das Motorfahrzeug wenigstens eines der folgenden Fahrzeuge ist: ein Elektrofahrzeug (EV); ein Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV); ein Elektrofahrzeug mit erweitertem Fahrbereich (EREV); oder ein mit einer internen Verbrennungskraftmaschine versehenes Fahrzeug.
- 12. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 11, wobei das Motorfahrzeug weiterhin einen Airbag umfasst, welcher in Antwort auf das Erkennen eines Zusammenstoßes ausgelöst wird.
- 13. Innenraumheizersystem nach Ausführungsform 12, wobei das Zusammenstoß-Sensormodul einen Beschleunigungsmesser umfasst.
- 14. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 1, wobei das Motorfahrzeug weiterhin einen Frischluft-Speicherraum umfasst, wobei der Schalter an dem Frischluft-Speicherraum angebracht ist.
- 15. Innenraumheizsystem nach Ausführungsform 2, wobei die Spritzwand eine Öffnung umfasst, und das System weiterhin einen elektrisch leitfähigen Kanal umfasst, welcher sich durch die Öffnung hindurch erstreckt und den Schalter und den Heizer miteinander verbindet.
- 16. Elektronischer Schaltkreis zur elektrischen Isolierung eines Heizers in einem elektrischen Fahrzeug, umfassend:
einen Hochspannungs-Konvektionsheizer, welcher in einem Passagierraum des Elektrofahrzeuges montiert ist;
eine Steuerung, welche in einem durch einen Deckel überdeckten Raum des Elektrofahrzeuges befestigt ist; eine Batterie; und
einen Kollisionssensor, welcher dazu ausgebildet ist, ein Zusammenstoß-Signal an die Steuerung bei Erkennen eines Zusammenstoßes zu leiten;
wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, wahlweise den Heizer von der Batterie in Antwort auf das Zusammenstoß-Signal zu isolieren.
- 17. Schaltkreis nach Ausführungsform 16, wobei das Fahrzeug einen Frischluft-Speicherraum umfasst, an welchem die Steuerung befestigt ist.
- 18. Schaltkreis nach Ausführungsform 16, weiterhin umfassend einen Hochspannungsbus in dem mit einem Deckel überdeckten Raum und einen Schalter, welcher in Reihe mit der Batterie und dem Hochspannungsbus verbunden ist, wobei die Steuerung in Reihe mit dem Hochspannungsbus und dem Heizer verbunden ist.
- 19. Verfahren zum unmittelbaren Trennen, und zwar bei Erkennen eines Zusammenstoßes, einer an einem Konvektionsheizer angelegten Hochspannung, wobei der Heizer in einem Innenraum eines Motorfahrzeuges angeordnet ist, umfassend:
Verbinden, mittels eines Verbindungskabels, des Konvektionsheizers mit einem in einem Motorraum des Fahrzeuges angeordneten Hochspannungsbus, wobei der Innenraum und der Motorraum durch eine Armaturenbrett-Spritzwand voneinander getrennt sind, wobei die Spritzwand eine Öffnung aufweist, durch welche sich das Verbindungskabel hindurch erstreckt;
Anordnen einer Steuer-Schalteinrichtung in Reihe mit dem Konvektionsheizer und dem Hochspannungsbus;
Senden eines Signales zu der Steuer-Schalteinrichtung von einem Zusammenstoß-Sensor bei Erkennen eines Zusammenstoßes; und
elektrisches Trennen des Konvektionsheizers von dem Hochspannungsbus bei Empfang des Signales durch die Steuerung.
- 20. Verfahren nach Ausführungsform 19, wobei die Steuerung einen IGBT mit positiver Polarität und einen IGBT mit negativer Polarität umfasst, und wobei das elektrische Trennen ein Öffnen der IGBTs umfasst.
- 21. Verfahren nach Ausführungsform 20, weiterhin umfassend wahlweises elektrisches Trennen eines Hochspannungs-Kühlventilators von dem Hochspannungsbus im Falle eines Zu sammenstoßes.
- 22. Verfahren nach Ausführungsform 21, wobei die Steuerung einen IGBT mit positiver Polarität und einen IGBT mit negativer Polarität umfasst, und wobei das elektrische Trennen ein Öffnen der IGBTs mit positiver und negativer Polarität umfasst.
- 23. Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei die Steuerung wenigstens gekühlt wird durch:
Befestigen der Steuerung an einem Frischluft-Speicherraum im Motorraum;
Befestigen der Steuerung am Unterboden oder einer Unterboden-Luftströmung; oder
Befestigen der Steuerung an einer Fahrzeugstruktur, welche als eine Wärmesenke wirkt.
