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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, von einem Hochvolt-Traktionsnetz des Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Trennvorrichtung.
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Im Hinblick auf Elektro- oder Hybridfahrzeuge, in welchen eine Traktionsbatterie elektrische Energie für ein Hochvolt-Traktionsnetz mit zumindest einem elektrisch betriebenen Antriebsmotor bereitstellt, besteht insbesondere auch aus Sicherheitsgründen, beispielsweise im Falle eines Unfalls oder im Falle eines kritischen Fahrzeugzustandes die Anforderung, das Traktionsnetz spannungsfrei zu schalten. Üblicherweise wird hierbei die Traktionsbatterie vom besagten Traktionsnetz und demgemäß von dessen elektrischen und elektronischen Elementen getrennt. Bevorzugt erfolgt besagte Trennung allpolig. Hierzu finden insbesondere sogenannte Schaltschütze Anwendung, die in den Minus- und Plus-Pfad des Traktionsnetzes bzw. zwischen den Anschlussstellen der Traktionsbatterie und den Anschlussstellen des Traktionsnetzes angeordnet werden. Unter einem Schaltschütz wird ein elektrisch oder pneumatisch betätigter oder elektronischer Schalter für große Leistungen verstanden. In der Regel weist ein elektrisch betätigtes Schaltschütz eine Magnetspule auf, durch welche ein Steuerstrom fließen kann, der seinerseits ein Magnetfeld bewirkt, welches mechanische Kontakte von einer Ruhestellung, in welcher die Traktionsbatterie vom Traktionsnetz getrennt ist, in einen Betriebszustand überführen, in dem die Traktionsbatterie mit dem Traktionsnetz elektrisch verbunden ist. Fehlt besagter Steuerstrom, kehren die Kontakte mittels Federkraft in ihre Ruhestellung zurück. Die Schaltschütze werden von einer Sicherheitseinrichtung angesteuert, die ihrerseits als Auswerteeinrichtung für Signale diverser Sensoren, wie Geschwindigkeits-, Airbag-, Crash-, Spannungs- und/oder anderer geeigneter Sensoren fungiert (
DE 10 2011 008 700 A1 ;
DE 10 2011 015 694 A1 ,
DE 10 2011 089 817 A1 ). Arbeiten die Schaltschütze im Falle eines Crashereignisses, wie eines Frontal- oder Heckcrashereignisses in Crashrichtung (X-Richtung), besteht die Möglichkeit, dass diese trotz eines von der Sicherheitseinrichtung generierten Öffnungssignals infolge Massenträgheit wieder schließen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Trennen einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugs, von einem Hochvolt-Traktionsnetz zu schaffen, welche erforderlichenfalls sicher arbeitet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer derartigen Vorrichtung bereitzustellen.
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Ausgehend von einer Vorrichtung zum Trennen einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugs, von einem Hochvolt-Traktionsnetz des Fahrzeugs, mit zumindest zwei Schaltschützen, die Hochvolt-Leitungen des Hochvolt-Traktionsnetzes zugeordnet sind, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die zumindest zwei Schaltschütze derart im Fahrzeug angeordnet sind, dass sie in Bezug aufeinander eine unterschiedliche Arbeits- oder Bewegungsrichtung aufweisen.
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Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft gewährleistet, dass im Crashfall zumindest eines der Schaltschütze sicher arbeitet und insbesondere die Traktionsbatterie des Fahrzeugs vom Hochvolt-Traktionsnetz desselben trennt. D. h., zumindest eines der Schaltschütze wird nicht derart durch Massenträgheit beeinflusst, dass dieses ungewollt den Stromkreis wieder schließt.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach ist bevorzugt vorgesehen, dass die Arbeits- oder Bewegungsrichtungen der zumindest zwei Schaltschütze orthogonal zueinander angeordnet sind. Weiter bevorzugt ist dabei die Arbeits- oder Bewegungsrichtung eines der zumindest zwei Schaltschütze in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) orientiert, wogegen die Arbeits- oder Bewegungsrichtung des anderen Schaltschützes in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) orientiert ist. Durch diese Anordnung wird den überwiegend zu verzeichnenden Crashsituationen in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung)- Frontal- und Heckaufprall - sowie in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) - Seitenaufprall - ausreichend Rechnung getragen.
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Eine erhöhte Sicherheit ist des Weiteren dadurch gegeben, dass eines der zumindest zwei Schaltschütze im Minus-Pfad des Hochvolt-Traktionsnetzes angeordnet ist, wogegen das anderes Schaltschütz im Plus-Pfad des Hochvolt-Traktionsnetzes angeordnet ist, wodurch im Crashfall eine allpolige Trennung der Traktionsbatterie vom Traktionsnetz ermöglicht ist. Alternativ können die zumindest zwei Schaltschütze auch in Reihe geschaltet entweder im Minus-Pfad oder im Plus-Pfad des Hochvolt-Traktionsnetzes angeordnet sein. Erschöpft sich diese Maßnahme in besagten zwei Schaltschützen, ist eine allpolige Trennung nicht möglich. Demgegenüber können jedoch auch sowohl im Minus-Pfad als auch im Plus-Pfad des Hochvolt-Traktionsnetzes jeweils zumindest zwei Schaltschütze mit unterschiedlicher Arbeits- oder Bewegungsrichtung in Reihe geschaltet sein, wodurch im Crashfall die Trennung der Traktionsbatterie vom Traktionsnetz noch sicherer gewährleistet ist. Um insbesondere den Material- und Montageaufwand sowie den Bauraumbedarf für die zumindest zwei Schaltschütze zu minimieren, bilden diese gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Montageeinheit aus. Bevorzugt sind dabei die zumindest zwei Schaltschütze in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Um den Montageaufwand noch weiter zu minimieren und komfortabler zu gestalten, sind hierbei elektrische Anschlüsse der zumindest zwei Schaltschütze derart angeordnet, dass diese gleichgerichtete Verbindungs- und/oder Schraubrichtungen aufweisen. Darüber hinaus ist durch das besagte gemeinsame Gehäuse vorteilhaft ermöglicht, in dasselbe Mittel zum Verpolungs- und Verdrehschutz zu integrieren, wodurch ein diesbezüglicher Aufwand ebenfalls minimiert ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer Vorrichtung der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit „-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x“ („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit„-y‟, die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z‟, und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden. Es zeigen:
- 1 äußerst schematisch ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen der Traktionsbatterie des Fahrzeugs von einem Hochvolt-Traktionsnetz desselben,
- 2 die besagte Vorrichtung zum Trennen in einer perspektivischen Einzelansicht gemäß einer ersten Ausführungsvariante derselben,
- 3 eine weitere Ansicht der besagten ersten Ausführungsvariante nach 2,
- 4 die besagte Vorrichtung zum Trennen in einer perspektivischen Einzelansicht gemäß einer zweiten Ausführungsvariante derselben, und
- 5 eine weitere Ansicht der besagten zweiten Ausführungsvariante nach 4.
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1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend beispielgebend ein Elektrofahrzeug, in welchem mit dem Bezugszeichen 2 ein elektrisch betriebener Antriebsmotor und mit dem Bezugszeichen 3 eine Traktionsbatterie bezeichnet sind. Der Antriebsmotor 2 und die Traktionsbatterie 3 sind mittels eines Hochvolt-Traktionsnetzes 4 untereinander elektrisch verbunden. Im Hochvolt-Traktionsnetz 4 ist eine Vorrichtung zum Trennen der Traktionsbatterie 3 vom Hochvolt-Traktionsnetz 4 angeordnet. Besagte Vorrichtung setzt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten und einem zweiten Schaltschütz 5, 6 zusammen. Das erste Schaltschütz 5 ist dabei einer Hochvolt-Leitung 7 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 zugeordnet, welches den Minus-Pfad 8 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 bildet. Das zweite Schaltschütz 6 ist einer Hochvolt-Leitung 9 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 zugeordnet, welches den Plus-Pfad 10 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 bildet.
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Vorliegend handelt es sich um elektrisch betriebene Schaltschütze 5, 6. Ein jedes Schaltschütz 5, 6 weist eine Magnetspule 11 auf, durch welche ein Steuerstrom 12 fließen kann, der seinerseits ein Magnetfeld bewirkt, welches ein mechanisches Kontaktelement 13 von einer Ruhestellung, in welcher die Traktionsbatterie 3 vom Hochvolt-Traktionsnetz 4 getrennt ist, in einen Betriebszustand überführt, in welchem die Traktionsbatterie 3 mit dem Hochvolt-Traktionsnetz 4 elektrisch verbunden ist. Hierbei verbindet das besagte Kontaktelement 13 elektrische Anschlüsse 14, insbesondere Schraub-Anschlüsse 14, von Endabschnitten einer geteilten Hochvolt-Leitung 7, 9. Fehlt besagter Steuerstrom 12, kehrt das Kontaktelement 13 mittels Federkraft (Federelement 15) in seine Ruhestellung zurück (vgl. insbes. 2 bis 5). Die Schaltschütze 5, 6 werden von einer an sich bekannten und demgemäß im Detail nicht näher beschriebenen Sicherheitseinrichtung 16 (vgl. insbes. 1) angesteuert, die ihrerseits als Auswerteeinrichtung für Signale 17 diverser Sensoren 18, wie Geschwindigkeits-, Airbag-, Crash-, Spannungs- und/oder anderer geeigneter Sensoren 18 fungiert. Die Steuerströme 12 werden über Anschlussstecker 19 (2 bis 5) den Schaltschützen 5, 6 zugeführt.
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Gesetzt den Fall, die beiden Schaltschütze 5, 6 sind derart angeordnet, dass diese beispielsweise im Hinblick auf ein Frontal- oder Heckcrashereignis in Crashrichtung, d. h. in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) arbeiten, besteht die Möglichkeit, dass diese trotz eines von der Sicherheitseinrichtung 16 generierten Öffnungs-Signals 17 infolge ihrer Massenträgheit gegen die Federkraft des Federelements 15 wieder selbsttätig schließen.
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Um diesem nachteiligen Umstand wirkungsvoll zu begegnen, sind gemäß 1 die beiden Schaltschütze 5, 6 derart im Fahrzeug 1 angeordnet, dass sie in Bezug aufeinander eine unterschiedliche Arbeits- oder Bewegungsrichtung 20, 21 aufweisen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet das erste, im Minus-Pfad 8 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 angeordnete Schaltschütz 5 in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung), wogegen das zweite, im Plus-Pfad 10 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 angeordnete Schaltschütz 6 in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) arbeitet. Die Arbeits- oder Bewegungsrichtungen 20, 21 der beiden Schaltschütze 5, 6 sind somit orthogonal zueinander angeordnet.
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Ausführungsvariante 1 (2 und 3):
- Die 2 und 3 zeigen insoweit eine erste bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung, wonach die beiden Schaltschütze 5, 6 separat voneinander in je einem Gehäuse 22, 23 aus bevorzugt Kunststoff angeordnet sind. Die Gehäuse 22, 23 sind jeweils mittels äußerst schematisch dargestellter mechanischer Befestigungselemente 24, wie beispielsweise Befestigungsschrauben, auf einer gemeinsamen Träger- oder Montageplatte 25 derart befestigt, dass deren Arbeits- oder Bewegungsrichtungen 20, 21 orthogonal zueinander angeordnet sind. Dazu ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Gehäuse 22 des ersten Schaltschützes 5 unter Vermittlung eines senkrecht auf der Träger- oder Montageplatte 25 angeordneten Halters 26 an der Träger- oder Montageplatte 25 befestigt, wogegen das Gehäuse 23 des zweiten Schaltschützes 6 unmittelbar an der Träger- oder Montageplatte 25 befestigt ist. Die Träger- oder Montageplatte 25 kann beispielsweise durch eine nicht zeichnerisch dargestellte Batterie-Anschlussdose gebildet sein. Die Schaltschütze 5, 6 an sich sind weitestgehend identisch ausgebildet, woraus Einsparungen bei der Herstellung der Schaltschütze 5, 6 resultieren. Jedoch sind vorliegend durch den Verbau der Schaltschütze 5, 6 in unterschiedlichen Arbeits- und Bewegungsrichtungen 20, 21 auch unterschiedliche Schraubrichtungen der Schraub-Anschlüsse 14 und unterschiedliche Richtungen der elektrischen Kontaktierung der betreffenden Hochvolt-Leitung 7, 9 mit dem jeweils zugeordneten Schraub-Anschluss 14 sowie unterschiedliche Richtungen der mechanischen Anbindung der Gehäuse 22, 23 der Schaltschütze 5, 6 an die Träger- oder Montageplatte 25 bzw. den Halter 26 zu verzeichnen, welches mit erhöhtem Montageaufwand einhergeht.
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Ausführungsvariante 2 (4 und 5):
- Die 4 und 5 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Zeichnungsfiguren bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung auch auf die vorstehende Beschreibung der ersten Ausführungsvariante der Erfindung verwiesen wird.
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Diese zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung unterscheidet zur vorbeschriebenen ersten Ausführungsvariante zum einen dahingehend, dass die beiden Schaltschütze 5, 6 eine Montageinheit ausbildend in einem gemeinsamen Gehäuse 27 aus bevorzugt Kunststoff angeordnet sind, woraus vorteilhaft nur eine Richtung der mechanischen Anbindung des Gehäuses 27 der Schaltschütze 5, 6 an die Träger- oder Montageplatte 25 resultiert. Darüber hinaus sind die Schaltschütze 5, 6 derart im Gehäuse 27 angeordnet und ausgebildet, dass diese zum einen in Bezug aufeinander eine unterschiedlichen Arbeits- oder Bewegungsrichtung 20, 21 aufweisen, indem diese Arbeits-oder Bewegungsrichtungen 20, 21 bevorzugt orthogonal zueinander angeordnet sind, und dass zum anderen auch die Verbindungs- und Schraubrichtungen der elektrischen Anschlüsse 14 beider Schaltschütze 5, 6 gleichgerichtet sind. Ferner ist ein einziger, gemeinsamer Anschlussstecker 19 bzgl. des Steuerstroms 12 der Ansteuerung der Schaltschütze 5, 6 vorgesehen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind dazu die Schaltschütze 5, 6 innerhalb des Gehäuses 27 übereinander angeordnet, wobei das erste, in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) arbeitende Schaltschütz 5 unterhalb des zweiten, in Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) arbeitenden Schaltschützes 6 angeordnet ist. Die Anschlüsse 14 des ersten Schaltschützes 5 sind in Z-Richtung am zweiten Schaltschütz 6 entlang geführt und enden in einer gemeinsamen Ebene mit den Anschlüssen 14 des zweiten Schaltschützes 6.
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In das Gehäuse 27 sind Mittel 28 zum Verpolungs- und Verdrehschutz in Form von Stegelementen integriert. Die besagten Mittel 28 zum Verpolungs- und Verdrehschutz sind vorteilhaft lediglich in der besagten gemeinsamen Ebene angeordnet, in denen die Anschlüsse 14 der Schaltschütze 5, 6 enden.
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Die vorstehenden Ausführungsvarianten des beschriebenen Ausführungsbeispiels stellen auf zwei Schaltschütze 5, 6 ab, die in unterschiedlichen Hochvolt-Leitungen 7, 9 angeordnet sind. Danach ist ein Schaltschütz 5 in der Hochvolt-Leitung 7 vorgesehen, die den Minus-Pfad 8 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 bildet sowie ein Schaltschütz 6 in der Hochvolt-Leitung 9 vorgesehen, die den Plus-Pfad 10 des Hochvolt-Traktions-Netzes 4 bildet.
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Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel, sondern erfasst auch eine Ausführung der Vorrichtung, bei der die zumindest zwei Schaltschütze 5, 6 in Reihe geschaltet entweder im Minus-Pfad 8 oder im Plus-Pfad 10 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 angeordnet und im Hinblick auf ihre Arbeits- oder Bewegungsrichtung 20, 21 unterschiedlich orientiert sind. Erschöpft sich diese Maßnahme in besagten zwei Schaltschützen 20, 21, ist eine allpolige Trennung nicht möglich. Demgegenüber können jedoch auch bei unterschiedlicher Orientierung der Arbeits- oder Bewegungsrichtungen 20, 21 sowohl im Minus-Pfad 8 als auch im Plus-Pfad 10 des Hochvolt-Traktionsnetzes 4 jeweils zumindest zwei Schaltschütze 5, 6 in Reihe geschaltet sein, wodurch im Crashfall die Trennung der Traktionsbatterie 3 vom Hochvolt-Traktionsnetz 4 noch sicherer gewährleistet ist. Schließlich ist es auch nicht zwingend erforderlich, dass die besagten Arbeits- oder Bewegungsrichtung 20, 21 orthogonal zueinander in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) orientiert sind, sondern die Erfindung erfasst auch Orientierungen der Arbeits- oder Bewegungsrichtung 20, 21 zum einen in Fahrzeuglängs- und zum anderen in Fahrzeugquerrichtung (X-, Y-Richtung) oder zum einen in Fahrzeugquer- und zum anderen in Fahrzeughochrichtung (Y-, Z-Richtung). Darüber hinaus erfasst die Erfindung auch schräg zueinander orientierte Arbeits- oder Bewegungsrichtungen 20, 21 der zumindest zwei Schaltschütze 5, 6, d.h. Orientierungen außerhalb der besagten Orthogonalen (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Traktionsbatterie
- 4
- Hochvolt-Traktionsnetz
- 5
- Schaltschütz
- 6
- Schaltschütz
- 7
- Hochvolt-Leitung
- 8
- Minus-Pfad
- 9
- Hochvolt-Leitung
- 10
- Plus-Pfad
- 11
- Magnetspule
- 12
- Steuerstrom
- 13
- Kontaktelement
- 14
- Anschluss
- 15
- Federelement
- 16
- Sicherheitseinrichtung
- 17
- Signal
- 18
- Sensor
- 19
- Anschlussstecker
- 20
- Arbeits- oder Bewegungsrichtung (Schaltschütz 5)
- 21
- Arbeits- oder Bewegungsrichtung (Schaltschütz 6)
- 22
- Gehäuse
- 23
- Gehäuse
- 24
- Befestigungselement
- 25
- Träger- oder Montageplatte
- 26
- Halter
- 27
- Gehäuse
- 28
- Mittel zum Verpolungs- und Verdrehschutz
